材料的疲劳性能精品PPT课件.ppt

*; ;交变应力（应力大小或方向呈周期性变化）;3、循环载荷（应力）的表征 ①最大循环应力：σmax ②最小循环应力：σmin ③平均应力： σm=（σmax + σmin）/2 ④应力幅σa或应力范围 Δσ ： Δσ =σmax- σmin σa=Δσ/2=（σmax- σmin）/2 ⑤应力比（或称循环应力特征系数）： r= σmin/σmax ;5、循环应力分类 按平均应力、应力幅、应力比的不同，循环 应力分为： ① 对称循环 σm=（σmax + σmin）/2=0, r=-1， 即σmax与σmin大小相等， 方向相反。 属于此类的有：大多数 旋转轴类零件。 ;② 不对称循环 σm≠0 如：发动机连杆、螺栓， (a）σa σm0，-1r0 ;③ 脉动循环 σm= σa0，r=0（ σmin=0） 如：齿轮的齿根、压力容器。 σm=σa0，r=∞（ σmax=0） 如：轴承（压应力）。 ;④ 波动循环 σm σa，0r1； σmin0（方向不变） 如：发动机气缸盖、螺栓。 ;⑤ 随机变动应力 应力大小、方向随机变化，无规律性。 如：汽车、飞机零件、轮船。 ;二、疲劳破坏的特点 在变动载荷作用下，材料薄弱区域， 逐渐发生损伤，损伤累积到一定程度→产生 裂纹，裂纹不断扩展→失稳断裂。 特点：从局部区域开始的损伤，不断累积， 最终引起整体破坏。 1、潜藏的突发性破坏，脆性断裂 （即使是塑性材料）。 2、属低应力循环延时断裂（滞后断裂）。 3、对缺陷十分敏感（可加速疲劳进程）。;三、疲劳破坏的分类 弯曲疲劳 扭转疲劳 1、按应力状态 拉压疲劳 接触疲劳 复合疲劳 2、按应力大小和断裂寿命 高周疲劳→低应力疲劳 N105，ббs 低周疲劳→高应力疲劳 N=102～105，б≥бs ;四、疲劳破坏的表征—疲劳寿命 疲劳寿命：材料疲劳失效前的工作时间， 即循环次数N。 ;五、疲劳断口的宏观特征 疲劳断口分析是研究疲劳过程，分析 疲劳失效原因的重要方法。典型疲劳断口 具有3个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区 、瞬断区。 1、疲劳源 疲劳裂纹萌生区，多出现在零件表面，与 加工刀痕、缺口、裂纹、蚀坑等相连。 特征：光亮，因为疲劳源区裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多。 ;; 疲劳源可以是一个，也可以有多个。 如：单向弯曲，只有一个疲劳源；双向弯曲，可出现两个疲劳源。 2、疲劳??纹扩展区（亚临界扩展区） 特征：断口较光滑并分布有贝纹线或裂 纹扩展台阶。 贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向，近疲劳源区贝纹线较细密（裂纹扩展较慢），远疲劳源区贝纹线较稀疏、粗糙（裂纹扩展较快）。 ;贝纹线（海滩花样）： 贝纹线区的大小取决于过载程度及材料的韧性，高 名义应力或材料韧性较差时，贝纹线区不明显；反 之，低名义应力或高韧性材料，贝纹线粗且明显， 范围大。 ;名义载荷：根据额定功率用力学公式计算出 作用在零件上的载荷。即机器平 稳工作条件下作用于零件上的载 荷。 计算载荷=载荷系数*名义载荷 3、瞬断区：裂纹失稳扩展形成的区域 断口特征：断口粗糙，脆性材料断口 呈结晶状；韧性材料断口在心部平面应变区呈放射状或人字纹状；表面平面应力区则有剪切唇区存在。 ;瞬断区一般在疲劳源对侧。 瞬断区大小与名义应力、材料性质有关： 高名义应力或脆性材料，瞬断区大；反之， 瞬断区小。 ;;;;第二节 疲劳破坏的机理 一、金属材料疲劳破坏的机理 1、疲劳裂纹的萌生（形核）→ 第Ⅰ阶段 在循环应力作用下，裂纹萌生常在材料薄 弱区或高应力区。通过不均匀滑移或显微 开裂 （如第二相、夹杂物、晶界或亚晶 界）等方式完成。 通常将长0.05-0.10mm的裂纹定为疲劳裂纹核，对应的循环周期N，为微裂纹萌生期。;驻留滑移带： 在循环载荷作用下，即使循环载荷未超过材料屈服强度，也会在材料表面形成循环滑移带—不均匀滑移，其与静拉伸形成的均匀滑移不同，循环滑移带集中于某些局部区域，用电解抛光法也难以去除，即使去除了，再重新循环加载，还会在原处再现。