金屬疲勞試驗(yàn)

1、中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解金屬軸向疲勞測(cè)試方法、斷裂韌性Kic測(cè)試方法及裂紋擴(kuò)展速率DA/DN測(cè)試方法。2.了解疲勞試驗(yàn)機(jī)工作原理中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院氧化 中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 裂紋源斷裂區(qū)裂紋擴(kuò)展區(qū)條紋 中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院斷裂區(qū)裂紋源裂紋擴(kuò)展條紋中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 928保時(shí)捷齒輪中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院曲軸斷裂齒輪斷裂中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院自行車曲柄蜘蛛臂疲勞裂紋源中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院循環(huán)滑移裂紋形核微觀裂紋擴(kuò)展 宏觀裂紋 擴(kuò)展最終斷裂裂紋萌生階段Kt

2、應(yīng)力集中系數(shù)K應(yīng)力強(qiáng)度因子KIC斷裂韌性裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展階段失穩(wěn)擴(kuò)展階段中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院循環(huán)滑移帶生成和一個(gè)純銅試樣的裂紋 Sm=0，Sa=77.5MPa N=2106中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院夾雜晶界中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 疲勞微裂紋萌生后即進(jìn)入裂紋擴(kuò)展階段，根據(jù)裂紋擴(kuò)展方向，裂紋擴(kuò)展可分為兩個(gè)階段，第一階段時(shí)從個(gè)別侵入溝或擠出脊先行成微裂紋，然后沿最大切應(yīng)力方向向內(nèi)擴(kuò)展，此時(shí)，如果微裂紋擴(kuò)展到一些相鄰的晶粒顆粒時(shí)，由于鄰近晶粒的存在對(duì)滑位移的約束，擴(kuò)展過程中多數(shù)微裂紋成為不擴(kuò)展裂紋。只有個(gè)別微裂紋會(huì)擴(kuò)展為25個(gè)晶粒范圍。第二階段是裂紋垂直與加載方向擴(kuò)展，

3、最后形成剪切唇為止。內(nèi)部缺陷缺口或劃傷裂紋形核滑移中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院載荷條件（應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力比、過、次載情況、平均應(yīng)力）載荷頻率環(huán)境溫度環(huán)境介質(zhì)表面狀態(tài)及尺寸因素尺寸效應(yīng)表面粗糙度缺口效應(yīng)表面處理及殘余內(nèi)應(yīng)力表面噴丸及滾軋表面熱處理表面化學(xué)熱處理表面涂層中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料因素化學(xué)成分組織結(jié)構(gòu)纖維方向內(nèi)部缺陷中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院1.裂紋擴(kuò)展的基本形式：一一. .線彈性條件下的金屬斷裂韌度線彈性條件下的金屬斷裂韌度張開型（I型） 滑開型（II型） 撕開型（III型）金屬的斷裂韌度金屬的斷裂韌度中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院23sin2sin12cos

4、2rKIx23sin2sin123cos2rKIy23cos2cos2sin2rKIxy應(yīng)力分量：)(YXZ0Z（平面應(yīng)變）（平面應(yīng)力）歐文（Irwin)中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院位移分量（平面應(yīng)變狀態(tài)）：22sin212cos21vrKEvuI2cos)1 (22sin21vrKEvI23cos2cos2sin2)1(2rEKvIxy23sin22sin212cos21vKrEvIx應(yīng)變分量（平面應(yīng)變狀態(tài)）：23sin22sin212cos21vKrEvIy式中: 泊松比 E 拉伸楊氏模量v中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 = 0 則： 002limyrIrKrKIyx20 xy式中 KI 值的大

5、小直接影響應(yīng)力場(chǎng)的大小，KI 可以表示應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱程度故稱為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子 當(dāng)= 0aYKI中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院WafaCKI* *-半無限邊緣缺口試樣-有限寬度的中心開裂紋試樣-有限寬度的邊緣缺口試樣半無限寬邊緣缺口試樣aKI*12. 1有限寬度的中心開裂紋試樣WaaWaKItanf(a/W)中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 單邊缺口試樣 (SEN) 雙邊缺口試樣（DEN）SEN:DEN:43221040.3768.3820.0122.1122.1*WaWaWaWaWaaKI0.5% accurate for any a/W 432382.30710.21550.10231.0122.1*W

6、aWaWaWaaKI0.5% accurate for a/W Ps, 則PQ = Ps - 若 Pmax / PQ 1 2 7 mm的試樣， 測(cè)量裂紋長(zhǎng)度應(yīng)準(zhǔn)確到0 . 2 5 mm以內(nèi)) ;b. ） 若前后表面裂紋長(zhǎng)度測(cè)量值之差超過0 . 2 5 B或左右兩側(cè)裂紋長(zhǎng)度測(cè)量值之差( 取前后表面的算術(shù)平均值) 超過 0. 0 2 5 W, 則預(yù)制裂紋無效。中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院n驗(yàn)證是否滿足判據(jù)中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院典型試驗(yàn)案例典型試驗(yàn)案例中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（d）（c）（a）（b）（e）（a）拉伸試驗(yàn)試樣；（b）疲勞裂紋擴(kuò)展速率試樣；（c）疲勞壽命缺口

7、試樣；（d）疲勞壽命光滑試樣；（e）平面應(yīng)力斷裂韌性試樣中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（e）（f）（a）（b）（d）（c） a）拉伸試驗(yàn)試樣；b）壓縮試驗(yàn)試樣；c）應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)試樣；d）斷裂韌度試驗(yàn)試樣；e）疲勞壽命光滑試樣；f）疲勞壽命缺口試樣中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院一、平面應(yīng)變斷裂韌度測(cè)試測(cè)試內(nèi)容：KIC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ASTM E8測(cè)試儀器：MTS 810 測(cè)試方法：按照ASTM E399，本試驗(yàn)所用試樣為緊湊拉伸試樣（CT，B=35mm，W/B=2，如圖16所示），試驗(yàn)前依次用1000#水磨砂紙、400#、800#、1600#金相砂紙對(duì)缺口附近樣品表面進(jìn)行打磨，以減少樣品表面缺陷對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。將試樣裝夾完成后，以疲勞的方式預(yù)制約3mm的疲勞裂紋（R=0.1，f=20Hz，正弦波加載）。預(yù)制完成后，軸向加載至試樣斷裂。記錄載荷與COD位移曲線（P-V曲線）。量取斷口表面及1/4/、1/2、3/4厚度處預(yù)制裂紋長(zhǎng)度，并取平均值以對(duì)最終預(yù)制裂紋長(zhǎng)度進(jìn)