工程材料力学性能第5章.ppt

（四） 影响疲劳裂纹扩展速率的因素 1.应力比 r（或平均应力 ）的影响 图 5-19 应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响 2.过载峰的影响 在恒载裂纹疲劳扩展期内，适当的过载峰会使裂纹扩展减慢或停滞一段时间，发生裂纹扩展的过载停滞现象，并延长疲劳寿命。 图 5-20 过载峰对铝合金2024-T3疲劳裂纹扩展的影响 3. 材料组织的影响 一般是晶粒越粗大，其 越高， 越低 。 喷丸强化也能提高 。 图5-22 300M钢不同热处理对 及 的影响 三、疲劳裂纹扩展寿命的估算 1、计算应力场强度因子 2、计算裂纹临界尺寸 3、估算疲劳寿命 第四节 疲劳过程及机理 疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及最后失稳扩展三个阶段，其疲劳寿命 由疲劳裂纹萌生期 和裂纹亚稳扩展期 所组成, 。 一、疲劳裂纹萌生过程及机理 二、疲劳裂纹扩展过程及机理 一、疲劳裂纹萌生过程及机理 大量研究表明，疲劳微观裂纹都是由不均匀的局部滑移和显微开裂引起的，主要方式有表面滑移带开裂，第二相、夹杂物或其界面开裂，晶界或亚晶界开裂等。 （一） 滑移带开裂产生裂纹 （二） 相界面开裂产生裂纹 只要能降低第二相或夹杂物的脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布，使之“少、圆、小、匀”，均可抑制或延缓疲劳裂纹在第二相或夹杂附近萌生，提高疲劳抗力。 （三） 晶界开裂产生裂纹 二、疲劳裂纹扩展过程及机理 疲劳微裂纹萌生后即进入裂纹扩展阶段。根据裂纹扩展方向，裂纹扩展可分为两个阶段，如图5-25所示 图 5-25 疲劳裂纹扩展的两个阶段 图 5-26 疲劳条带 （SEM） * * 第五章 金属的疲劳 第一节 金属疲劳现象及特点 第二节 疲劳曲线及基本疲劳力学性能 第三节 疲劳裂纹扩展速率及疲劳门槛值 第四节 疲劳过程及机理 第五节 影响疲劳强度的主要因素 第六节 低周疲劳 第七节 疲劳短裂纹扩展简介 第一节 金属疲劳现象及特点 一、变动载荷和循环应力 二、疲劳现象及特点 三、疲劳宏观断口特征 一、变动载荷和循环应力 1. 变动载荷 变动载荷是引起疲劳破坏的外力，它是指载荷大小，甚至方向均随时间变化的载荷，其在单位面积上的平均值为变动应力。 2. 循环应力 循环应力的波形有正弦波、矩形波和三角形波等，其中常见者为正弦波 。 1. 变动载荷 图5-1 变动应力示意图 2. 循环应力 图5-2 循环应力的类型 最大应力 最小应力 平均应力 应力幅 应力比 常见的几种循环应力有以下几种： ⑴ 对称交变应力 如图5-2a所示。 ⑵ 脉动应力 如图5-2b所示。 ⑶ 波动应力 如图5-2d所示 。 ⑷ 不对称交变应力 如图5-2e 所示。 1. 分类 疲劳——金属机件或构件在变动载荷和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。 疲劳可以按不同方法进行分类: 应力状态：弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳及复合疲劳； 环境和接触情况：大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、接触疲劳、热疲劳等； 断裂寿命和应力高低：高周疲劳 ， 和 低周疲劳 ， 也称高应力疲劳或应变疲劳。 二、疲劳现象及特点 2. 特点 疲劳断裂和静载荷或一次冲击加载断裂相比，具有以下特点： (1) 疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂。 (2) 疲劳是脆性断裂。 (3) 疲劳对缺陷(缺口、裂纹及组织缺陷)十分敏感。 (4) 疲劳断裂也是裂纹萌生和扩展过程。 三、疲劳宏观断口特征 如图5-3典型疲劳断口具有三个形貌不同的区域－疲劳源、疲劳区及瞬断区。 疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地。 疲劳区是疲劳裂纹亚稳 扩展所形成的断口区域。 瞬断区是裂纹最后失稳 快速扩展所形成的断口区域。 第二节 疲劳曲线及基本疲