屑的 第→金属啪疲劳 NTrC 课 材料料学与工程学院王泓主编
第八章 金属的疲劳
屑的 米1辯吉 金属在循环载荷作用下,即使所受帕应力低子屈服瘛 度,也会发生断裂,这种现录称历疲劳。 疲步断裂,一般不发兰明显的塑性变形,难以检测和预 防,因而机件舶疲劳断裂会造成很大帕疫济以至生命的 损关。 NTrC 课 疲劳研宪的主要目的:防止机械和构的疲劳失敌 材料料学与工程学院王泓主编
金属在循环载荷作用下，即使所受的应力低于屈服强 度，也会发生断裂，这种现象称为疲劳。 疲劳断裂， 一般不发生明显的塑性变形，难以检测和预 防，因而机件的疲劳断裂会造成很大的经济以至生命的 损失。 疲劳研究的主要目的：为防止机械和结构的疲劳失效。 8.1 绪言
屑的 具体月的 ▲精确地估算机械结构的零构件的疲劳春命,简称定 寿,保证在服役期自零构件不会发生疲劳长数; 采用痉济而寶数刷和菅措施以长疲劳寿 命,简称延寿,似而捉高产品质量。 能率*直要介格 金属疲劳帕基攏怠和一般规排。 疲劳大数的过程和九制 NTrC 课乔倍素裂敌形成余的方的,以不 程个给一些疲劳研宪的新成果o 材料料学与工程学院王泓主编
疲劳失效的过程和机制。 介绍估算裂纹形成寿命的方法，以及延寿技术。 介绍一些疲劳研究的新成果。 金属疲劳的基本概念和一般规律。 本章主要介绍 具体目的： ▲ 精确地估算机械结构的零构件的疲劳寿命，简称定 寿，保证在服役期内零构件不会发生疲劳失效； ▲ 采用经济而有效的技术和管理措施以延长疲劳寿 命，简称延寿，从而提高产品质量
2金属在对新循环力下的疲劳价D 2/循加载啪措征察 循球威力是指应力随时间星周期性的变化,变化故形 通是正据放,如固所示。 c》 NTrC 课 图8-1各种循坏加載 方式的应力-时同围。 材料料学与工程学院王泓主编
8.2 金属在对称循环应力下的疲劳 循环应力是指应力随时间呈周期性的变化，变化波形 通常是正弦波，如图8-1所示。 图8-1 各种循环加载 方式的应力-时间图。 8.2.1 循环加载的特征参数
屑的 瘡环应力啪措征水数 ⑦力幅0a或力范固△σ Oa=AO/2=(Omax Omin)/2 σm和0m分别为循坏最大应力和循环最小应力; ②平均应力0m或冱力比R Om=(Omax+Omin)/2 R=Omin/0 max NTrC ⑤和载频率,单位为H。还寶加载形 课 如正据放,三角以及其它形 材料料学与工程学院王泓主编
③ 加载频率f，单位为Hz。还有加载波形， 如正弦波，三角波以及其它波形 ② 平均应力σm或应力比R σm ＝(σmax+σmin )／2 R=σmin /σmax ① 应力幅σa或应力范围Δσ σa=Δσ/2=(σmax-σmin )/2, σmax和σmin分别为循环最大应力和循环最小应力； 循环应力的特征参数：
屑的 循环应力尔为下列几种典型情况 /变对称循环,Om=0,R=-1,如8-1a所示。大 多物类零件,通受到交或对称循环应力的作用; 这种应力可能是亨曲应力,扭转应力,或者是西者的 亥合 网召/交变不对称蓿坯,0<0m<0-1<尺<0,如圆 络810)所示。若构中某些撑件受到这种循环运力 课大拉小压的作用。 材料料学与工程学院王泓主编
循环应力分为下列几种典型情况： (1)交变对称循环，σm =0，R＝-1，如图8-1(a)所示。大 多数轴类零件，通常受到交变对称循环应力的作用； 这种应力可能是弯曲应力、扭转应力、或者是两者的 复合。 (2)交变不对称循环，0＜σm＜σa，-1＜R＜0，如图 8-1(b)所示。结构中某些支撑件受到这种循环应力- 大拉小压的作用
屑的 5脈动循环,Om=0,R=0,如8-1所示。齿 抡的齿抿和某些压力容器受到这种脤动循环应力畅 作用 动循环,Om>0,0<R<1,如图81所 示。飞机机翼下翼面、钢撂的下翼獠以及预紧 螺拴芋,丞受这种循环应力的作用。 课受到原的压翁衡环屈力,自做九连开受到大本听 动压箱循环,大压小拉循环等等。滚磔缅衣 拉循环冱力的作用。 材料料学与工程学院王泓主编
(3)脉动循环，σm =σa，R＝0，如图8-1(c)所示。齿 轮的齿根和某些压力容器受到这种脉动循环应力的 作用。 (4)波动循环，σm>σa，0＜R＜1，如图8-1(d)所 示。飞机机翼下翼面、钢梁的下翼缘以及预紧 螺栓等，均承受这种循环应力的作用。 (5)脉动压缩循环、大压小拉循环等等。滚珠轴承 受到脉动压缩循环应力，内燃机连秆受到大压小 拉循环应力的作用
屑的 E疲步寿命曲线 的从加我开始到试件断裂所疫万的应力衡环数,定义 为该试件的疲劳寿命N。 疲劳寿命曲线又称为Ⅵhe曲残;刀惯上也称作SN曲残。 短寿命区 有限寿命区 长寿命区 NTrC 无限寿命区 课 ION 5典型的疲劳寿命曲线 材料料学与工程学院王泓主编
图8-3 典型的疲劳寿命曲线 疲劳寿命曲线又称为Wohler曲线；习惯上也称作S-N曲线。 从加载开始到试件断裂所经历的应力循环数，定义 为该试件的疲劳寿命Nf 。 8.2.2 疲劳寿命曲线
疲劳余可以分三个区,命的 ∥低着环疲步( Low Cycle Fatigue)r 在很高的应力下,在很少的循环次数后,试件即发生 断裂,并有辍明星的塑性变形。一般认为,低循环疲劳发 生在循环力出弹性限,疲劳春命在的出到绒 之间。因此,佤循环疲劳又可称为短寿命疲劳。 能环破券 (High Cycle Fatigu) 在高循环疲劳国,循环应力低子弹性极限,疲学 寿命,>如次循环,且厦衡环应力摩优而大大地 延长。试件在震终断裂前,整体上无可测舶塑性安形 课,因而在宏观上表现脆性断裂。在比区自,试件的 程疲劳寿命长,故可将言循环疲劳称历求命疲劳 k 材料料学与工程学院王泓主编
疲劳寿命曲线可以分为三个区： (1)低循环疲劳(Low Cycle Fatigue)区 在很高的应力下，在很少的循环次数后，试件即发生 断裂，并有较明显的塑性变形。一般认为，低循环疲劳发 生在循环应力超出弹性极限，疲劳寿命在0.25到104或105 次 之间。因此，低循环疲劳又可称为短寿命疲劳。 (2)高循环疲劳(High Cycle Fatigue)区 在高循环疲劳区，循环应力低于弹性极限，疲劳 寿命长，Nf＞105 次循环，且随循环应力降低而大大地 延长。试件在最终断裂前，整体上无可测的塑性变形 ，因而在宏观上表现为脆性断裂。在此区内，试件的 疲劳寿命长，故可将高循环疲劳称为长寿命疲劳
屑的 51元限寿命国或安全区 试伴在低于某一临界应力悟O的应力下,可 以痉受无数次应力循环而不断裂,疲劳寿命趋于无 能限;即≤0,M→∞。故可口称材弊的理 论疲劳极限或耐人限。在绝大多数情况下,SN曲 线存在一条水平浙近线,其市度即O图 课 材料料学与工程学院王泓主编
(3)无限寿命区或安全区 试件在低于某一临界应力幅σac的应力下，可 以经受无数次应力循环而不断裂，疲劳寿命趋于无 限；即σa≤σac，Nf →∞。故可将σac称为材料的理 论疲劳极限或耐久限。在绝大多数情况下，S-N曲 线存在一条水平渐近线，其高度即为σac .（见图8- 3）