第一章 金屬材料的力學(xué)性能

1、第一章金屬材料的力學(xué)性能第一章金屬材料的力學(xué)性能第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第二節(jié)硬度第二節(jié)硬度第三節(jié)沖擊韌度第三節(jié)沖擊韌度第四節(jié)疲勞第四節(jié)疲勞第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第一節(jié)強(qiáng)度與塑性一、拉伸試驗(yàn)一、拉伸試驗(yàn) 金屬材料的強(qiáng)度、塑性是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（金屬材料的強(qiáng)度、塑性是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（）通過靜拉伸試驗(yàn)測定的。它是把一定尺寸和形狀的試樣）通過靜拉伸試驗(yàn)測定的。它是把一定尺寸和形狀的試樣裝夾在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，然后對試樣逐漸施加拉伸載荷，直至把試裝夾在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，然后對試樣逐漸施加拉伸載荷，直至把試樣拉斷為止。樣拉斷為止。拉伸試樣拉伸試樣 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)對試樣的形狀、尺寸及對試樣的形狀、尺寸及加工要求均有

2、規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)試樣的截有圓形和矩形兩種，圓形試樣加工要求均有規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)試樣的截有圓形和矩形兩種，圓形試樣用的較多，圓形試樣有短試樣和長試樣。拉伸前后的試樣如用的較多，圓形試樣有短試樣和長試樣。拉伸前后的試樣如圖圖-所示。所示。下一頁返回第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第一節(jié)強(qiáng)度與塑性力力伸長曲線伸長曲線 在拉伸試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)機(jī)可自動(dòng)記錄載荷與伸長量之間的在拉伸試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)機(jī)可自動(dòng)記錄載荷與伸長量之間的關(guān)系，并得出以載荷為縱坐標(biāo)、伸長量為橫坐標(biāo)的圖形，即力關(guān)系，并得出以載荷為縱坐標(biāo)、伸長量為橫坐標(biāo)的圖形，即力伸長曲線。如伸長曲線。如圖圖-所示為退火后的低碳鋼力所示為退火后的低碳鋼力伸長曲線。伸長曲線。 由圖可

3、看出，低碳鋼在拉伸過程中，其載荷與伸長量關(guān)系可由圖可看出，低碳鋼在拉伸過程中，其載荷與伸長量關(guān)系可分為以下幾個(gè)階段：分為以下幾個(gè)階段：（）彈性變形階段（）彈性變形階段（）微量塑性變形階段（）微量塑性變形階段（）屈服階段（）屈服階段（）均勻塑性變形階段（）均勻塑性變形階段（）局部塑性變形及斷裂階段（）局部塑性變形及斷裂階段上一頁下一頁返回第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第一節(jié)強(qiáng)度與塑性二、強(qiáng)度二、強(qiáng)度 強(qiáng)度是指金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力，強(qiáng)度是指金屬材料在載荷作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力，當(dāng)金屬材料受載荷作用而未引起破壞時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生和載荷相平當(dāng)金屬材料受載荷作用而未引起破壞時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生和

4、載荷相平衡的力稱為內(nèi)力。材料單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。強(qiáng)度的大小衡的力稱為內(nèi)力。材料單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。強(qiáng)度的大小是以材料所能承受的應(yīng)力大小來表示的。是以材料所能承受的應(yīng)力大小來表示的。屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度 金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱屈服點(diǎn)，用符金屬材料開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最低應(yīng)力值稱屈服點(diǎn)，用符號號表示。表示。上一頁下一頁返回第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第一節(jié)強(qiáng)度與塑性 有些金屬材料在拉伸時(shí)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法測定其屈有些金屬材料在拉伸時(shí)沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法測定其屈服點(diǎn)服點(diǎn)，按，按規(guī)定，可用屈服強(qiáng)度規(guī)定，可用屈服強(qiáng)度 來表示該材料開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值。如

5、來表示該材料開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最低應(yīng)力值。如圖圖所示。所示?？估瓘?qiáng)度抗拉強(qiáng)度 金屬材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用符金屬材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用符號號表示。表示。上一頁下一頁返回第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第一節(jié)強(qiáng)度與塑性 是表示塑性材料抵抗大量均勻塑性變形的能力，脆性材是表示塑性材料抵抗大量均勻塑性變形的能力，脆性材料在拉伸過程中，一般不產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，因此抗拉強(qiáng)度料在拉伸過程中，一般不產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，因此抗拉強(qiáng)度就是材就是材料的斷裂強(qiáng)度。用脆性材料制造機(jī)器零件或工程構(gòu)件時(shí)，常以料的斷裂強(qiáng)度。用脆性材料制造機(jī)器零件或工程構(gòu)件時(shí)，常以作為選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)，并選用適當(dāng)?shù)陌踩?/p>

6、系數(shù)。作為選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)，并選用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。三、塑性三、塑性 金屬材料在載荷作用下，斷裂前產(chǎn)生不可逆永久變形的能力金屬材料在載荷作用下，斷裂前產(chǎn)生不可逆永久變形的能力稱為塑性。塑性的大小用伸長率稱為塑性。塑性的大小用伸長率和斷面收縮率和斷面收縮率表示。表示。上一頁下一頁返回第一節(jié)強(qiáng)度與塑性第一節(jié)強(qiáng)度與塑性 金屬材料塑性的好壞對零件的加工和使用都具有重要的意義。金屬材料塑性的好壞對零件的加工和使用都具有重要的意義。塑性好的材料不僅能順利進(jìn)行鍛壓、軋制等成形工藝，而且在使塑性好的材料不僅能順利進(jìn)行鍛壓、軋制等成形工藝，而且在使用時(shí)萬一超載，由于塑性變形而能避免突然斷裂，從而提高材料用時(shí)萬一超

7、載，由于塑性變形而能避免突然斷裂，從而提高材料使用的安全可靠性。所以，大多數(shù)機(jī)器零件除要求具有足夠的強(qiáng)使用的安全可靠性。所以，大多數(shù)機(jī)器零件除要求具有足夠的強(qiáng)度外，還必須具有一定的塑性。一般說來，伸長率達(dá)或斷面度外，還必須具有一定的塑性。一般說來，伸長率達(dá)或斷面收縮率達(dá)的材料，即可滿足絕大多數(shù)零件的要求。收縮率達(dá)的材料，即可滿足絕大多數(shù)零件的要求。上一頁返回第二節(jié)硬度第二節(jié)硬度一、布氏硬度一、布氏硬度試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理 試驗(yàn)原理如試驗(yàn)原理如圖圖-所示。用直徑為犇的硬質(zhì)合金球，在規(guī)定所示。用直徑為犇的硬質(zhì)合金球，在規(guī)定試驗(yàn)力下壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，在試樣試驗(yàn)力下壓入試樣表面，保

8、持規(guī)定的時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，在試樣表面留下球形壓痕。用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力表表面留下球形壓痕。用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力表示布氏硬度值。布氏硬度用符號表示。示布氏硬度值。布氏硬度用符號表示。下一頁返回第二節(jié)硬度第二節(jié)硬度表示方法表示方法 布氏硬度的單位為，但習(xí)慣上只標(biāo)明硬度值，而不標(biāo)布氏硬度的單位為，但習(xí)慣上只標(biāo)明硬度值，而不標(biāo)注單位，其表示方法為：在符號前寫出硬度值，符號后面注單位，其表示方法為：在符號前寫出硬度值，符號后面依次有相應(yīng)數(shù)字注明壓頭直徑、試驗(yàn)力和保持時(shí)間（依次有相應(yīng)數(shù)字注明壓頭直徑、試驗(yàn)力和保持時(shí)間（不標(biāo)注）。不標(biāo)注）。試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用

9、范圍 布氏硬度試驗(yàn)壓痕面積較大，能反映出較大范圍內(nèi)材料的平布氏硬度試驗(yàn)壓痕面積較大，能反映出較大范圍內(nèi)材料的平均硬度，測得結(jié)果較準(zhǔn)確、穩(wěn)定，但操作不夠簡便。又因壓痕大，均硬度，測得結(jié)果較準(zhǔn)確、穩(wěn)定，但操作不夠簡便。又因壓痕大，對金屬表面的損傷大，故不宜測試薄件或成品件。目前主要用來對金屬表面的損傷大，故不宜測試薄件或成品件。目前主要用來測定有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼的原材料、半成品及性能不測定有色金屬及退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼的原材料、半成品及性能不均勻的材料（如鑄鐵）。均勻的材料（如鑄鐵）。上一頁下一頁返回第二節(jié)硬度第二節(jié)硬度二、洛氏硬度二、洛氏硬度試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理 試驗(yàn)原理如試驗(yàn)原理如圖圖-所

10、示。用頂角為所示。用頂角為的金剛石圓錐體的金剛石圓錐體或直徑為或直徑為的淬火鋼球做壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力使的淬火鋼球做壓頭，以規(guī)定的試驗(yàn)力使其壓入試樣表面。試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力。在其壓入試樣表面。試驗(yàn)時(shí)，先加初試驗(yàn)力，然后加主試驗(yàn)力。在保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測金屬保留初試驗(yàn)力的情況下，根據(jù)試樣表面壓痕深度，確定被測金屬材料的洛氏硬度值。材料的洛氏硬度值。常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍常用洛氏硬度標(biāo)尺及適用范圍 為了能用一種硬度計(jì)測量較大范圍的硬度，洛氏硬度采用了為了能用一種硬度計(jì)測量較大范圍的硬度，洛氏硬度采用了常用的三種硬度標(biāo)尺，分別以、表示，其常用的三

11、種硬度標(biāo)尺，分別以、表示，其中應(yīng)用最廣，一般經(jīng)淬火處理的鋼或工具都采用測中應(yīng)用最廣，一般經(jīng)淬火處理的鋼或工具都采用測量。洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍見量。洛氏硬度的試驗(yàn)條件和應(yīng)用范圍見表表-。上一頁下一頁返回第二節(jié)硬度第二節(jié)硬度試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 洛氏硬度試驗(yàn)測量硬度范圍大，操作簡便、迅速，效率高，洛氏硬度試驗(yàn)測量硬度范圍大，操作簡便、迅速，效率高，可直接從硬度計(jì)上讀出硬度值。由于壓痕小，不會損傷試件表面，可直接從硬度計(jì)上讀出硬度值。由于壓痕小，不會損傷試件表面，故可直接測量成品或較薄工件。但因壓痕小，對內(nèi)部組織和硬度故可直接測量成品或較薄工件。但因壓痕小，對內(nèi)部組織和硬度不均勻的材料，所測

12、結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，需在試件不同部位測不均勻的材料，所測結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，需在試件不同部位測定數(shù)次（一般為處以上），取其平均值作為該材料的硬度值。定數(shù)次（一般為處以上），取其平均值作為該材料的硬度值。三、維氏硬度三、維氏硬度 布氏硬度試驗(yàn)不適用于測定硬度較高的材料，洛氏硬度雖然布氏硬度試驗(yàn)不適用于測定硬度較高的材料，洛氏硬度雖然可用于測定軟材料和硬材料，但其硬度值不能進(jìn)行比較。為了測可用于測定軟材料和硬材料，但其硬度值不能進(jìn)行比較。為了測量從軟到硬的各種材料以及金屬零件的表面硬度，并有連續(xù)一致量從軟到硬的各種材料以及金屬零件的表面硬度，并有連續(xù)一致的硬度標(biāo)尺，特制定維氏硬度試驗(yàn)法。的硬度標(biāo)尺

13、，特制定維氏硬度試驗(yàn)法。上一頁下一頁返回第二節(jié)硬度第二節(jié)硬度試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理 維氏硬度原理與布氏硬度原理相似，也是根據(jù)壓痕單位表面維氏硬度原理與布氏硬度原理相似，也是根據(jù)壓痕單位表面積的試驗(yàn)力大小來計(jì)算硬度值。區(qū)別在于維氏硬度的壓頭采用的積的試驗(yàn)力大小來計(jì)算硬度值。區(qū)別在于維氏硬度的壓頭采用的是錐面夾角為是錐面夾角為的金剛石正四棱錐體。試驗(yàn)時(shí)，在規(guī)定試的金剛石正四棱錐體。試驗(yàn)時(shí)，在規(guī)定試驗(yàn)力犉作用下，壓頭壓入試件表面，保持一定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)驗(yàn)力犉作用下，壓頭壓入試件表面，保持一定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測量壓痕兩對角線長度，如力，測量壓痕兩對角線長度，如圖圖-所示。單位壓痕表面積所所示。單位壓痕

14、表面積所承受試驗(yàn)力的大小即為維氏硬度值，用符號表示，單位承受試驗(yàn)力的大小即為維氏硬度值，用符號表示，單位。表示方法表示方法 維氏硬度習(xí)慣上也只標(biāo)硬度值而不標(biāo)出單位。通常是在維氏硬度習(xí)慣上也只標(biāo)硬度值而不標(biāo)出單位。通常是在符號前面寫出硬度值，后面依次用數(shù)字注明試驗(yàn)力和保持符號前面寫出硬度值，后面依次用數(shù)字注明試驗(yàn)力和保持時(shí)間（不標(biāo)注）。時(shí)間（不標(biāo)注）。上一頁下一頁返回第二節(jié)硬度第二節(jié)硬度優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍 維氏硬度試驗(yàn)法所用試驗(yàn)力小，壓痕深度淺，輪廓清晰，數(shù)維氏硬度試驗(yàn)法所用試驗(yàn)力小，壓痕深度淺，輪廓清晰，數(shù)字準(zhǔn)確可靠，故廣泛用于測量金屬鍍層，薄片材料和化學(xué)熱處理字準(zhǔn)確可靠，故廣泛

15、用于測量金屬鍍層，薄片材料和化學(xué)熱處理后的表面硬度。又因其試驗(yàn)力可在很大范圍內(nèi)選擇（后的表面硬度。又因其試驗(yàn)力可在很大范圍內(nèi)選擇（），所以可測量從很軟到很硬的材料。但維氏），所以可測量從很軟到很硬的材料。但維氏硬度試驗(yàn)不如洛氏硬度試驗(yàn)簡便、迅速，不適于成批生產(chǎn)的常規(guī)硬度試驗(yàn)不如洛氏硬度試驗(yàn)簡便、迅速，不適于成批生產(chǎn)的常規(guī)試驗(yàn)。試驗(yàn)。上一頁返回第三節(jié)沖擊韌度第三節(jié)沖擊韌度一、沖擊韌度試驗(yàn)方法及原理一、沖擊韌度試驗(yàn)方法及原理 一次沖擊彎曲試驗(yàn)通常是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，其一次沖擊彎曲試驗(yàn)通常是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，其試驗(yàn)原理如試驗(yàn)原理如圖圖-所示。所示。 試驗(yàn)時(shí)將帶有缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)

16、時(shí)將帶有缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣(按按GB/T 229-1994規(guī)定，沖擊規(guī)定，沖擊試樣有試樣有V型缺口試樣和型缺口試樣和U型缺口試樣兩種。兩種試樣的尺寸及加工型缺口試樣兩種。兩種試樣的尺寸及加工要求如要求如圖圖1一一8所示所示)。背向擺錘方向放在試驗(yàn)機(jī)兩支座上，將質(zhì)量。背向擺錘方向放在試驗(yàn)機(jī)兩支座上，將質(zhì)量為為m的擺錘抬到規(guī)定高度的擺錘抬到規(guī)定高度H，使擺錘具有的勢能為，使擺錘具有的勢能為m Hg。擺錘落。擺錘落下沖斷試樣后升至下沖斷試樣后升至h高度，這時(shí)擺錘具有的勢能為高度，這時(shí)擺錘具有的勢能為mHg。根據(jù)功能。根據(jù)功能原理可知原理可知:擺錘沖斷試樣所消耗的功擺錘沖斷試樣所消耗的功AK=mg (H-

17、h)，AK稱為沖擊吸稱為沖擊吸收功。收功。下一頁返回第三節(jié)沖擊韌度第三節(jié)沖擊韌度 沖擊吸收功的值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上直接讀出。沖擊吸收功的值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上直接讀出。AK值的大值的大小，代表了材料的沖擊韌度值的高低。一般把小，代表了材料的沖擊韌度值的高低。一般把AK值低的材料稱為值低的材料稱為脆性材料脆性材料;AK值高的材料稱為韌性材料。值高的材料稱為韌性材料。AK越大，材料的韌性越好，越大，材料的韌性越好，受沖擊時(shí)越不易斷裂。受沖擊時(shí)越不易斷裂。 一般來講，強(qiáng)度、塑性均較好的材料，其沖擊韌度值也高。一般來講，強(qiáng)度、塑性均較好的材料，其沖擊韌度值也高。但材料的但材料的AK的大小受很多因素的

18、影響，不僅與試樣形狀、表面粗的大小受很多因素的影響，不僅與試樣形狀、表面粗糙度、內(nèi)部組織有關(guān)，還與試驗(yàn)時(shí)的溫度密切相關(guān)。因此，沖擊糙度、內(nèi)部組織有關(guān)，還與試驗(yàn)時(shí)的溫度密切相關(guān)。因此，沖擊韌度值一般只作為選材時(shí)的參考，而不能作為計(jì)算依據(jù)。韌度值一般只作為選材時(shí)的參考，而不能作為計(jì)算依據(jù)。上一頁下一頁返回第三節(jié)沖擊韌度第三節(jié)沖擊韌度二、沖擊試驗(yàn)的實(shí)際意義二、沖擊試驗(yàn)的實(shí)際意義 AK的大小與試驗(yàn)溫度有關(guān)，有些材料在室溫的大小與試驗(yàn)溫度有關(guān)，有些材料在室溫20 0C左右試驗(yàn)左右試驗(yàn)時(shí)并不顯示脆性，但在較低溫度下，則可能發(fā)生脆性斷裂。所謂時(shí)并不顯示脆性，但在較低溫度下，則可能發(fā)生脆性斷裂。所謂脆性斷裂是

19、指驟然發(fā)生傳播很快的斷裂，斷裂前脆性斷裂是指驟然發(fā)生傳播很快的斷裂，斷裂前(裂紋產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生)及伴隨及伴隨著斷裂過程著斷裂過程(裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展)都缺乏明顯的塑性形變。都缺乏明顯的塑性形變。 溫度對溫度對AK的影響如的影響如圖圖1一一9所示。由圖可以看出，所示。由圖可以看出，AK的值隨的值隨著試驗(yàn)溫度的下降而減小。材料在低于某溫度時(shí)，著試驗(yàn)溫度的下降而減小。材料在低于某溫度時(shí)，AK值急劇下降，值急劇下降，使試樣的斷口形態(tài)由韌性斷口轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗫?，此溫度稱為韌脆使試樣的斷口形態(tài)由韌性斷口轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗫冢藴囟确Q為韌脆轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度(TK)。這一溫度值的高低對于評價(jià)鋼的脆性傾向。這一溫度值的高低

20、對于評價(jià)鋼的脆性傾向(尤其低尤其低溫脆性溫脆性)非常重要。材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度可通過沖擊韌性試驗(yàn)來測非常重要。材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度可通過沖擊韌性試驗(yàn)來測定。定。上一頁下一頁返回第三節(jié)沖擊韌度第三節(jié)沖擊韌度 韌脆轉(zhuǎn)變溫度是金屬材料的質(zhì)量指標(biāo)之一，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越韌脆轉(zhuǎn)變溫度是金屬材料的質(zhì)量指標(biāo)之一，韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，材料的低溫沖擊性能就越好，對于在寒冷地區(qū)和低溫下工作低，材料的低溫沖擊性能就越好，對于在寒冷地區(qū)和低溫下工作的機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)，如運(yùn)輸橋梁、機(jī)械、輸送管道尤為重要，因的機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)，如運(yùn)輸橋梁、機(jī)械、輸送管道尤為重要，因此必須具有更低韌脆轉(zhuǎn)變溫度才能保證工作正常進(jìn)行。此必須具有更低韌脆轉(zhuǎn)變

21、溫度才能保證工作正常進(jìn)行。上一頁返回第四節(jié)疲勞第四節(jié)疲勞一、疲勞的概念一、疲勞的概念 許多機(jī)械零件是在交變應(yīng)力下工作的，如機(jī)床主軸、連桿、齒許多機(jī)械零件是在交變應(yīng)力下工作的，如機(jī)床主軸、連桿、齒輪、彈簧、各種滾動(dòng)軸承等。所謂交變應(yīng)力是指零件所受應(yīng)力的輪、彈簧、各種滾動(dòng)軸承等。所謂交變應(yīng)力是指零件所受應(yīng)力的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化。例如，受力發(fā)生彎曲的軸，在大小和方向隨時(shí)間作周期性變化。例如，受力發(fā)生彎曲的軸，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)材料要反復(fù)受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，屬于對稱交變應(yīng)力循環(huán)。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)材料要反復(fù)受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，屬于對稱交變應(yīng)力循環(huán)。零件在交變應(yīng)力作用下，當(dāng)交變應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，零件在交

22、變應(yīng)力作用下，當(dāng)交變應(yīng)力值遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行后也會發(fā)生斷裂，這種斷裂稱為疲勞斷裂。疲勞斷經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行后也會發(fā)生斷裂，這種斷裂稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂往往突然發(fā)生，無論是塑性材料還是脆性材料，斷裂時(shí)都不產(chǎn)裂往往突然發(fā)生，無論是塑性材料還是脆性材料，斷裂時(shí)都不產(chǎn)生明顯的塑性變形，具有很大的危險(xiǎn)性，常常造成事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生明顯的塑性變形，具有很大的危險(xiǎn)性，常常造成事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械零件斷裂中有是由于疲勞引起的。疲勞斷裂的過程，機(jī)械零件斷裂中有是由于疲勞引起的。疲勞斷裂的過程，往往起始于零件表面，有時(shí)也可能在零件的內(nèi)部某一薄弱部位產(chǎn)往往起始于零件表面，有時(shí)也可能在零件的內(nèi)部某一薄弱部位

23、產(chǎn)生裂紋。隨著應(yīng)力的交變，裂紋不斷向截面深處擴(kuò)展，以至在某生裂紋。隨著應(yīng)力的交變，裂紋不斷向截面深處擴(kuò)展，以至在某一時(shí)刻，使未裂的截面面積承受不了所受的應(yīng)力時(shí)，便產(chǎn)生突然一時(shí)刻，使未裂的截面面積承受不了所受的應(yīng)力時(shí)，便產(chǎn)生突然斷裂。斷裂。下一頁返回第四節(jié)疲勞第四節(jié)疲勞二、疲勞曲線與疲勞強(qiáng)度二、疲勞曲線與疲勞強(qiáng)度 為了防止疲勞斷裂，零件設(shè)計(jì)不能只以為了防止疲勞斷裂，零件設(shè)計(jì)不能只以、0.作為依據(jù)，作為依據(jù)，必須制訂出疲勞抗力指標(biāo)。材料疲勞抗力指標(biāo)是由疲勞實(shí)驗(yàn)測得必須制訂出疲勞抗力指標(biāo)。材料疲勞抗力指標(biāo)是由疲勞實(shí)驗(yàn)測得的。通過疲勞實(shí)驗(yàn)，把被測材料承受交變應(yīng)力的。通過疲勞實(shí)驗(yàn)，把被測材料承受交變應(yīng)力

24、與材料斷裂前的應(yīng)與材料斷裂前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)犖的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線（如力循環(huán)次數(shù)犖的關(guān)系曲線稱為疲勞曲線（如圖圖-所示）。所示）。上一頁下一頁返回第四節(jié)疲勞第四節(jié)疲勞三、疲勞斷裂的原因與提高材料疲勞強(qiáng)度的途徑三、疲勞斷裂的原因與提高材料疲勞強(qiáng)度的途徑產(chǎn)生疲勞斷裂的原因產(chǎn)生疲勞斷裂的原因 一般認(rèn)為，產(chǎn)生疲勞斷裂的原因是材料的內(nèi)部缺陷，如夾雜一般認(rèn)為，產(chǎn)生疲勞斷裂的原因是材料的內(nèi)部缺陷，如夾雜物，氣孔等所致。在交變應(yīng)力作用下，缺陷處首先形成微小裂紋，物，氣孔等所致。在交變應(yīng)力作用下，缺陷處首先形成微小裂紋，裂紋逐步擴(kuò)展，導(dǎo)致零件的受力截面減小，以致突然產(chǎn)生斷裂。裂紋逐步擴(kuò)展，導(dǎo)致零件的受力截面減小

25、，以致突然產(chǎn)生斷裂。此外，零件表面的機(jī)械加工刀痕和構(gòu)件截面突然變化部位，均會此外，零件表面的機(jī)械加工刀痕和構(gòu)件截面突然變化部位，均會產(chǎn)生應(yīng)力集中。交變應(yīng)力下，應(yīng)力集中處易于產(chǎn)生顯微裂紋，也產(chǎn)生應(yīng)力集中。交變應(yīng)力下，應(yīng)力集中處易于產(chǎn)生顯微裂紋，也是產(chǎn)生疲勞斷裂的主要原因。是產(chǎn)生疲勞斷裂的主要原因。上一頁下一頁返回第四節(jié)疲勞第四節(jié)疲勞提高材料疲勞強(qiáng)度的途徑提高材料疲勞強(qiáng)度的途徑 由疲勞斷裂過程可知，凡是零件表面和內(nèi)部不容易生成裂紋，由疲勞斷裂過程可知，凡是零件表面和內(nèi)部不容易生成裂紋，或裂紋生成后不容易擴(kuò)展的任何因素，都會不同程度的提高疲勞或裂紋生成后不容易擴(kuò)展的任何因素，都會不同程度的提高疲勞強(qiáng)度，主要有以下幾個(gè)方面：強(qiáng)度，