[材料科学]工程材料课件第一章失效分析-wg.ppt

断裂韧度 KIc : 材料抵抗裂纹失稳扩展的能力，单位是MPa?m1/2 裂纹尖端强度场因子 KI= Y s a1/2 Y 是裂纹的几何形状因子 值为1~2或√π s是零件的工作应力 a 是裂纹的半长度 KI KIc 是材料不发生低应力脆性断裂的条件 KIc= Y s a1/2 断裂韧度 KI K1c sc = KIc /( Y a1/2) 临界应力 σ sc ac = (KIc / Y s)2 临界裂纹半长度 a ac KIc 对成分、组织敏感 KI = KIc 是发生低应力脆性断裂的临界条件 某钢厂的主轴上零件在检修是发现内部存在裂纹，其最大的裂纹尺寸为 8 mm， 裂纹几何形状因子为1.77， 该钢的屈服强度为1200 MPa, 断裂韧度为84 MPa.m1/2， 零件运行时最大应力值为800 MPa,请计算该零件不发生低应力脆断的ac， 并判断该零件能否继续安全运行。 KIC= Yσa1/2, 由此，ac=( KIC/Yσ)2 =(84/(1.77*800))2=0.0035 m =3.5mm, 裂纹长度2ac =7 mm 小于 8mm, 因此不可以继续安全运行。 4 影响脆断的因素 韧性断裂 脆性断裂 加载方式 材料本质 温度 加载速度 应力集中 零件尺寸 加载方式与材料本质 应力状态软性系数 a = t max/ smax 剪断 屈服 拉断 值越大，脆断倾向越小，a 越小表示脆断倾向越大。 值可以表征材料载不同载荷下韧性或者脆性断裂的倾向。 温度和加载速度 温度下降 加载速度提高 TK为韧脆转变温度 脆性增加 应力集中： 材料有缺口时，缺口根部有应力集中，改变了该处的应力分布，使最大切应力减少，应力状态变硬，脆性增加。 应力集中 薄件处于平面应力状态，sz=0， ez ≠ 0, 厚件中心受三向拉应力作用， sz=ν（ sx +sy ） 0， ez = 0 平面应变状态，易造成脆断。 零件尺寸 第三节 零件在交变载荷下的疲劳断裂 疲劳 （Fatigue）:零件在交变载荷下经过较长时间工作而发生断裂的现象 扭转: r= -1 曲轴 弯曲: r= 0 齿轮齿根 压缩: r= -∞ 球轴承 小拉大压: r0 连杆 大拉小拉：0r1 缸盖螺钉 常见的交变应力 r=σmin /σmax 疲劳断口特征 疲劳源区 疲劳裂纹扩展区 最后断裂区 载荷类型,应力大小,应力集中对断口形态影响 疲劳抗力指标及其影响因素 无裂纹零件疲劳抗力指标 疲劳极限:材料经过无限多次应力循环而不断裂的最大应力值. 过载持久值:材料在高于疲劳极限的应力作用下发生疲劳断裂的应力循环周次. 条件疲劳极限:规定某一个循环基数N0值所对应的应力 cycles to failure (log) cycles to failure (log) Fatigue life, Nf Strength at N1 Fatigue limit S.A. S.A. low-cycle fatigue, 104-10 5 high-cycle fatigue 10 5 疲劳缺口敏感度:q=(Kf-1)/(kt-1) Kt 为理论应力集中系数 =smax /sm, 取决于缺口的几何形状,和材料无关. Kf 为有效应力集中系数 .光滑试样和缺口试样的疲劳极限之比= s-1 /s-1N, 即与缺口的几何形状有关又和材料特性有关. 0q1 q →　0 时, Kf →1 即 s-1 /s-1N 对缺口不敏感 q →1时, Kf →kt 即缺口严重降低疲劳极限 带有裂纹的零件的疲劳抗力指标(不讲) a ac1 N ac2 Np2 Np1 Ds2 Ds1 疲劳裂纹扩展曲线 II da/dN ?K ?Kth I III da/dN -DK Paris 公式: da/dN=c(DK)n c,n 都是与材料有关的系数,n=2-7 带裂纹零件的安全校核: DK=YDsa1/2≤DKth Dsc= DKth /Ya1/2 ac = (DKth /YDs)1/2 影响疲劳抗力的因素 载荷类型:拉应力载荷使裂纹张开,压应力载荷使裂纹闭合 材料本质:材料的疲劳极限取决于材料的抗拉强度 零件的表面状态:表面缺陷降低疲劳极限,缩短过载持久值. 表面强化:表面压应力有利于提高疲劳极 限. 工作温度:高温降低材料屈服极限,降低材料疲劳极限. 腐蚀介质:腐蚀介质降低疲劳极限,DKth,da/dN升高.疲劳极限和抗拉强度之间的关系消失. 第四节 零件的磨损失效 一、磨损 Wear：零件在磨擦过程中其表面发生尺寸变化和物质耗损