《金属的疲劳》ppt课件.ppt

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《金属的疲劳》ppt课件

二、残余应力及表面强化的影响 残余应力可以与外加工作应力叠加,构成合成总应力:如图所示 叠加残余压应力,总应力减小,叠加残余拉应力,总应力增大。 因此,机件表面残余应力状态对疲劳强度(主要低应力高周疲劳强度)有显著影响。 残余压应力提高疲劳强度; 残余拉应力降低疲劳强度。 表面强化处理可在机件表面产生有利的残余压应力,同时还能提高机件表面的强度和硬度,从而提高疲劳强度。 表面强化方法包括: (1)表面喷丸及滚压 喷丸是用压缩空气将坚硬的弹丸高速喷打向机件表面,使机件表面产生局部形变强化,同时因塑变层周围的弹性约束,又在塑变层内产生残余压应力。 喷丸强化的效果与被喷的材料强度有关,材料强度越高,喷丸效果越好,所以一般机件的喷丸总是在热处理强化后进行。 表面滚压和喷丸的作用相似,但是其压应力层深度较大,很适用于大工件,而且表面粗糙度低时,强化效果更好。 (2) 表面热处理及化学热处理 表面淬火包括火焰加热淬火、感应加热淬火和低淬透性钢的整体加热薄壳淬火等。 表面化学热处理:渗碳、渗氮、碳氮共渗等。它们都是利用组织相变获得表面强化的工艺方法,也是常用的表面强化方法。 在有效提高疲劳强度和疲劳寿命的同时,可提高表面耐磨性和耐蚀性。 三、材料成分及组织的影响 1、合金成分 合金成分是决定材料组织结构的基本要素。在各种结构工程材料中,结构钢的疲劳强度最高,所以应用十分广泛,这类钢中碳是影响疲劳强度的重要元素。 碳既可间隙固溶形成基体,又可形成弥散碳化物进行弥散强化,提高材料的形变抗力,阻止循环滑移带的形成和开裂,从而阻止疲劳裂纹的萌生和提高疲劳强度。 2、显微组织 细化晶粒可以提高材料的疲劳强度。 结构钢的热处理组织也影响疲劳强度。正火组织因碳化物为片状,其疲劳强度最低,淬火回火组织因碳化物为粒状,其疲劳强度比正火的高。 3、非金属夹杂物及冶金缺陷 非金属夹杂物是钢在冶炼时形成的,它对疲劳强度有明显的影响,减少夹杂物的数量及尺寸都能有效提高疲劳强度; 气孔、缩孔、偏析、折叠等冶金缺陷,会降低机件的疲劳强度。 §5-6 低周疲劳 一、低周疲劳 研究飞机、舰船、桥梁、原子反应堆装置及建筑设备的断裂时发现:在较高应力和较少循环次数下也会发生疲劳断裂。 材料在循环载荷作用下,疲劳寿命为102~105次的疲劳断裂称为低周疲劳。 机件受循环应力作用,缺口根部则受循环塑性应变作用,疲劳裂纹总在缺口根部形成,所以这种疲劳也称塑性疲劳或应变疲劳。 1、低周疲劳的特点 ⑴局部产生宏观变形,应力与应变之间呈非线性。如图所示 总应变△εt=△εe+△εp 用△εt/2~N或△εp /2~N描叙疲劳规律。 ⑵裂纹成核期短,有多个裂纹源。因应力大,裂纹容易形核,形核期只占总寿命的10%。疲劳条带较粗,间距宽,常常不连续。 ⑶断口呈韧窝状、轮胎花样状。 ⑷疲劳寿命取决于塑性应变幅。 2、金属的循环硬化与循环软化 ⑴定义与特点 如果金属材料在恒定应变范围循环作用下,随着循环周次的增加,其应力(形变抗力)不断增加,称为循环硬化,如果在循环过程中,应力逐渐减小,则为循环软化。 应力—应变滞后回线,只有在应力循环达到一定周期后,才是闭合的,即:达到循环稳定态。 循环应力—应变曲线高于单次应力—应变曲线,则是循环硬化,反之为循环软化。如图所示 ⑵循环软化的危害 使材料的形变抗力下降,导致工件产生过量的塑性变形而失效。 ⑶原因 决定于材料的初始状态,工件结构特性;应变幅,温度等。 Rm /Rel (σb/σs )>1.4:循环硬化 Rm /Rel (σb/σs ) <1.2:循环软化 微观原因:位错的循环运动;相变强化;应力松驰。 3、低周疲劳的应变-寿命曲线 曼森(S. S. Manson)和柯芬(L. F. Coffin)分析了低周疲劳的实验结果和规律,提出了低周疲劳寿命的公式: 上式右边两项是两条直线,分别代表弹性应变幅-寿命线和塑性应变幅-寿命线。 其中

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