第10章 金属材料的疲劳

第10章 金属材料的疲劳 材料或元件在交变应力（随时间作周期性改变的应力）作用下，经过一段时期后，在内部缺陷或应力集中的部位，局部产生细微的裂纹，裂纹逐渐扩展以致在应力远小于屈服点或强度极限的情况下，

第10章金属材料的疲劳 材料或元件在交变应力（随时间作周期性改变的应力）作用下，经过一段时期后，在内部缺陷或应力集 中的部位，局部产生细微的裂纹，裂纹逐渐扩展以致在应力远小于屈服点或强度极限的情况下，突然发 生脆性断裂，这种现象称为疲劳，例如频繁进料、出料的周期性间歇操作的设备，往复式压缩机气缸， 应考虑其疲劳失效的可能性． 疲劳分类： 1 （）高周疲劳：低应力，高循环次数。最常见 2 （）低周疲劳：高应力，低循环次数。 3 （）热疲劳：温度变化引起的热应力作用下引起的疲劳破坏。 4 （）腐蚀疲劳：交变载荷与腐蚀介质共同作用下引起的破坏。 5 （）接触疲劳；机件的接触表面在接触应力反复作用下出现表面剥落。 10.1交变载荷特性 大小或方向或两者同时随时间发生周期性变化的载荷。 交变载荷的特性可用几个参数来表示： 应力循环：交变应力在两个应力极值之间变化一次的过程。 最大应力（σ）：循环中代数值最大的应力。 max 最小应力（σ）：循环中代数值最小的应力。 min 平均应力：（σ+σ）/2 maxmax 应力幅：（σ-σ）/2 maxmin 不对称系数：r=（σσ）;r=-1对称，r=0脉动；-1<r<1不对称 min/max 10.2高周疲劳特点 应力-应变曲线 随着循环次数的增加，应力幅值不变，应变量在减小。 这是因为发生的冷作硬化。应力幅值是表征材料高周疲 劳的主要参量。 金属材料的疲劳特性曲线 （图） 用旋转弯曲疲劳试验法进行高周疲劳试验。应力幅值与 7 交变循环周数。钢铁材料Nf>10曲线呈水平,对于铝合 金等有色金属则没有明显水平部分。 疲劳断裂的断口特征 脆性断裂，断口无明显塑性变形，贝壳状纹路。 对缺口敏感（材料外缘和芯部纹扩散速度不同），对 缺口不敏感。 金属材料的疲劳抗力指标 .1疲劳极限 57 材料经无限多次应力循环不断裂的交变应力幅值。对于铝合金取Nf>=10～10的应力幅值作为条件疲劳 极限。 同一材料，对称循环疲劳极限也不同，弯曲疲劳极限（σ）>拉压疲劳极限（σ）>扭转疲劳极限 -1-1p （τ）。 -1n .2疲劳缺口的敏感度