工程材料与热处理课件：金属材料韧性、疲劳强度研究.pptx

金属材料韧性、疲

劳强度探究

01断裂韧性

目录02冲击韧性

03疲劳强度

04疲劳断裂特点

05提高疲劳强度措施

06汇报展示准备

01

断裂韧性

定义

断裂韧性是材料阻止宏观裂纹失稳扩展的能力，反映了材料抵抗脆性破坏的韧性参数，与

裂纹的大小、形状及外加应力大小无关。

测定方法

断裂韧性的测定采用《GB/T38769-2020》标准，通过仪器化冲击试验机对疲劳预制

裂纹的夏比试样实施冲击试验，利用断裂力学的方法评价材料的断裂韧性。反映了材料

抵抗脆性破坏的韧性参数。

影响因素

材料热处理工艺

材料的热处理工艺直接影响其微观结构，进而影响断裂韧性和疲劳强度。通过控制加热、

保温和冷却过程，可以优化材料的机械性能，提高其抗断裂能力。

零件表面质量

零件的表面质量对其疲劳强度有显著影响。表面粗糙度、缺口和裂纹等缺陷会降低材料的

疲劳寿命，因此改善表面处理工艺是提高疲劳强度的关键措施之一。

应力集中效应

应力集中是导致疲劳断裂的重要因素。设计时应避免尖锐转角和截面突变，以减少应力

集中现象，从而提高零件的疲劳强度和使用寿命。

02

冲击韧性

定义

冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力，通过摆锤冲击试验测定，冲击吸收功越大，

材料的韧性越强。

测定方法

冲击韧性的测定依据《GB/T

229-2020》，通过一次摆锤

冲击试验来测定材料抵抗冲击

载荷的能力，摆锤冲断试样时

冲击试验原理

失去的能量即为冲击吸收功K。冲击试验机

冲击吸收功计算

摆锤冲击试验原理冲击吸收功计算公式冲击韧度值指标ak的意义

摆锤冲击试验通过将具冲击吸收功K是通过摆锤冲击韧度值指标ak是通

有一定质量的摆锤举至冲断试样前后的高度差过将冲击吸收功K除以试

一定高度，使其获得势计算得出，公式为样缺口处的截面积S得到

能后释放，利用摆锤下K=mg(H1-H2)，其中m的，单位为kJ/m²，用于

落时对试样的冲击来测是摆锤质量，g是重力加评估材料在受到冲击载

定材料抵抗冲击载荷的速度，H1和H2分别是摆荷时的韧性表现。

能力。锤起始和终止高度。

03

疲劳强度

疲劳现象及其特点

金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力远小于屈服强度的

情况下突然断裂，这种现象称为疲劳（现象）。

金属材料在交变应力或重复循环应力下会发生疲劳断裂，疲劳断裂具有低应力循

环延时、脆性断裂和对缺陷敏感等特点。

疲劳断裂是金属零件或构件在交变应力或重复循环应力长期作用下，由于累积损伤而

引起的断裂现象。

疲劳强度定义

疲劳强度也叫疲劳极限，是金属材料在规定循环周次下未发生失效的最大应力范

围，通常对应于107或108次循环。

裂纹源的形成

疲劳断裂的起始点通常位于零件的裂纹的扩展过程

应力集中区域，这些区域由于材料

缺陷或设计不当而成为微裂纹的发在循环应力的持续作用下，初始裂

源地。随着循环应力的作用，这些纹会经历一个缓慢而稳定的扩展阶断裂区的最终形成

微裂纹逐渐扩展，最终导致零件失段，这一阶段占据了疲劳寿命的大