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金属材料的疲劳应力

● 材料在疲劳载荷作用下在远低于屈服应力下发生   的低应力脆性断裂,叫疲劳断裂。

事实上,许多金属构件是在交变载荷作用下使用的。疲劳断裂与静态断裂有明显的不同,它不会产生明显的塑性变形,断裂是突发的,故危害性较大 (图2-18)。

●  疲劳裂纹的断口特征

(1) 有裂纹源、裂纹扩展区和断裂区三个部分;

(2) 裂纹扩展区断面较光滑, 即 “海滩条带”形貌;

(3) 裂纹起裂在高应力应力区或材料缺陷处;

(4) 与静载断裂相比,没有明显的塑性变形

●  疲劳极限(fatigue limit)

材料在规定次数(钢铁材料取107次,有色金属及其合金取108次)的交变载荷作用下,不引起断裂的最大应力称“疲劳极限”(σr),单位为MPa。

通常用拉伸或弯曲试验的方法测疲劳极限(σ-1)。试验时用多组试样,在不同的交变应力σ下测定试样发生断裂的疲劳次数N,  绘制σ-N曲线(图2-20)。

●  对金属材料和高分子材料,当应力降到某一值后,σ-N曲线趋于水平直线,此直线对应的应力即疲劳极限。

●  陶瓷材料和高分子材料一般没有疲劳极限,因为它们本质上是一种脆性材料。

●  预防疲劳失效的方法

(1)合理选材,尽量不用脆性材料;

(2) 改善结构形状,避免应力集中;

(3) 控制冶炼质量,减少夹杂缺陷;

(4) 提高零件的表面光洁度;

(5) 表面进行强化处理。


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