金属疲劳断裂的特点

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焊接结构的疲劳断裂

Chapter 5 焊接结构的疲劳断裂
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本章内容：1.焊接结构疲劳失效的分类及危害 2.焊接疲劳断裂的特征 3.焊接结构疲劳的原因及影响因素 4.焊接结构疲劳的防治措施
疲劳断裂是金属结构失效的一种主要形式。大量统计资料表明，由于疲劳而失效的金属结构，约占失效结构的90%。
劳极限”，
钢材的疲劳强度与抗拉强度之间的关系: σ-1 = (0.45～0.55)σb 条件疲劳极限：
钢材的循环次数一般取 N = 107 有色金属的循环次数一般取 N = 108
陶瓷、高分子材料－疲劳抗力很低；金属材料－疲劳强度较高；纤维增强复合材料－较好的抗疲劳性能。
四、疲劳断裂的类型
2、晶界处开裂晶界就是面缺陷；位错运动易发生塞积，出现应力集中，晶界
开裂。
3、相界面开裂两相（包括第二相、夹杂）间的结合力差，
各相的形变速率不同，易在相结合处或弱相内出现开裂。只有首先达到临界尺寸的裂纹核，才能继续
长大。
二、疲劳裂纹扩展过程及机理
1、裂纹扩展的两个阶段第一阶段沿主滑移系，以纯剪切方式向内扩展；扩展速
例如，某电厂水冷壁下的集箱（15钢）在长期运行中受热不均匀经受较大的交变热应力，致使集箱产生热疲劳破坏。
1、基本概念在循环热应力和热应变作用下，产生的
疲劳称为热疲劳。
热疲劳属低周疲劳（周期短；明显塑性变形）。
由温度和机械应力叠加引起的疲劳，称为热机械疲劳。
2、热应力的产生外部约束不让材料自由膨胀；内部约束温度梯度，相互约束，产生热应力。热应变导致裂纹的萌生，扩展。
这种应力称为交变应力。
二、平均应力：
三、应力幅：

金属疲劳

劳断裂前所经历的应力循环周次越低，反之越高。根据循环
应力σmax和应力循环周次N建立S-N曲线。由于疲劳断裂时周次很多，所以S-N曲线的横坐标取对数坐标。
能力知识点2 疲劳极限
当应力低于某值时，材料经受无限次循环应力也不发生疲劳断裂，此应力称为材料的疲劳极限，记作σR（R为应力比），就是S-N曲线中的平台位置对应的应力。通常，材料的疲劳极限是在对称弯曲疲劳条件下（R＝－1）测定的，对称弯曲疲劳极限记作σ-1。
第5单元金属的疲劳
想一想
人工作久了就会感到疲劳，难道金属工作久了也会疲劳吗？金属的疲劳能得到恢复吗？
金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，经一定循环
次数后，往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，
这种现象称为疲劳。
金属“疲劳”一词，最早是由法国学者J-V彭赛（Panelet）于1839年提出来的。 1850年德国工程师沃勒（A.Woler)设计了第一台用于机车车轴的疲劳试验机，用来进行全尺寸机车车轴的疲劳试验。 1871年沃勒系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系，提出了S-N曲线和疲劳极限的概念，确立了应力幅是疲劳破坏的决定因素，奠定了金属疲劳的基础。
四、疲劳极限的测定
常规试验法
升降法
1.常规试验法
在疲劳试验中，当试样个数有限，工程急需，或者为了节省费用，不宜进行大量试验时，常常采用常规试验法。这种试验方法除了直接为工程设计部门提供疲劳性能数据外，还可作为一些特殊疲劳试验的预备性试验。由于常规试验方法耗费少，周期短，因此得到广泛采用，其中最简单的是单点法。
疲劳极限与抗拉强度的关系
试验表明，金属材料的抗拉强度越大，其疲劳极限也越大。

浅论金属材料疲劳断裂的原因及危害

青岛黄海学院机电工程学院2013—2014学年第二学期期中考试科目：工程材料及机械制造基础**：***学号： **********班级： 2011级本科三班专业：机械制造及其自动化浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害摘要：从人类开始制造结构以来，断裂就是社会面对的一个问题。

早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。

但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因，直到显微镜和电子显微镜等高科技器具的相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果。

本文浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害，使人们初步了解金属疲劳断裂的相关知识。

关键词：疲劳断裂原因危害一、金属材料的疲劳现象工程中有许多金属零件，如齿轮、弹簧、滚动轴承、叶片、发动机曲轴等都是在变动载荷下工作的。

根据变动载荷的作用方式不同，金属零件承受的应力可分为交变应力和循环应力。

在交变应力下，虽然零件所承受的应力低于材料的抗拉强度甚至低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。

人的疲劳感觉来自于长期的劳累或一次过重的负荷，金属材料也是一样。

金属的机械性能会随着时间而慢慢变弱，这就是金属的疲劳。

在正常使用机械时，重复的推、拉、扭或其他的外力情况都会造成机械部件中金属的疲劳。

这是因为机械受压时，金属中原子的排列会大大改变，从而使金属原子间的化学键断裂，导致金属裂开。

二、金属材料疲劳的种类金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：（1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。

它是最常见的一种疲劳破坏。

高周疲劳一般简称为疲劳。

（2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000～100000以下的疲劳。

由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。

金属疲劳

(2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏;而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。
(3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生:疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象，哪怕是塑性良好的金属也这样，就像脆性破坏一样，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。
相关区别
材料力学是根据静力实验来确定材料的机械性能(比如弹性极限、屈服极限、强度极限)的，这些机械性能没有充分反映材料在交变应力作用下的特性。因此，在交变载荷作用下工作的零件或结构，如果还是按静载荷去设计，在使用过程中往往会发生突发性故障。
疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质区别:
(1)静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏:疲劳破坏是多次反复载荷作用下的破坏，它不是短期内发生的，而是要经历一定的时间，甚至很长时间才发生破坏。
在金属材料中添加各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法。例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领，延长使用寿命。随着科学技术的发展，现已出现“金属免疫疗法”新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。
感谢观看
金属内部结构并不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。与此同时，金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。在力的持续作用下，裂纹会越来越大，材料中能够传递应力部分越来越少，直至剩余部分不能继续传递负载时，金属构件就会全部毁坏。
早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因。直到显微镜和电子显微镜相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果，并 atigue of metal。金属疲劳是指一种在交变应力作用下，金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。

疲劳断裂失效分析精品PPT课件

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3.1 疲劳断裂的基本形式和特征
5、疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性
金属材料的疲劳断裂除取决于材料本身的性能外，还与零件运行的环境条件有着密切的关系。对材料敏感的环境条件虽然对材料的静强度也有一定的影响，但其影响程度远不如对材料疲劳强度的影响来得显著。大量实验数据表明，在腐蚀环境下材料的疲劳极限较在大气条件下低得多，甚至就没有所说的疲劳极限。
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5.1 疲劳断裂的基本形式和特征
大多数的工程金属构件的疲劳失效都是以正断形式进行的。特别是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处容易得到满足，但当表面加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲劳裂纹也易在表面产生。
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5.1 疲劳断裂的基本形式和特征
1、切断疲劳失效
切断疲劳初始裂纹是由切应力引起的。切应力引起疲劳初裂纹萌生的力学条件是：切应力／缺口切断强度≥1；正应力／缺口正断强度＜1。
切断疲劳的特点是：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面应力状态；初裂纹的所在平面与应力轴约成 45º角，并沿其滑移面扩展。
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5.2 疲劳断口形貌及其特征
5.2.1 疲劳断口的宏观形貌及其特征
由于疲劳断裂的过程不同于其他断裂，因而形成了疲劳断裂特有的断口形貌，这是疲劳断裂分析时的根本依据。
典型的疲劳断口的宏观形貌结构可分为疲劳核心、疲劳源区、疲劳裂纹的选择发展区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五个区域。一般疲劳断口在宏观上也可粗略地分为疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区三个区域，更粗略地可将其分为疲劳区和瞬时断裂区两个部分。大多数工程构件的疲劳断裂断口上一般可观察到三个区域，因此这一划分更有实际意义。

金属疲劳断裂的特点

4.1 金属疲劳破坏的特点零件在交变应力作用下损坏叫做疲劳破坏。

据统计，在机械零件失效中有80％以上属于疲劳破坏。

例如大多数轴类零件，通常受到的交变应力为对称循环应力，这种应力可以是弯曲应力、扭转应力、或者是两者的复合。

如火车的车轴，是弯曲疲劳的典型，汽车的传动轴、后桥半轴主要是承受扭转疲劳，柴油机曲轴和汽轮机主轴则是弯曲和扭转疲劳的复合。

再如齿轮在啮合过程中，所受的负荷在零到某一极大值之间变化，而缸盖螺栓则处在大拉小拉的状态中，这类情况叫做拉-拉疲劳；连杆不同于螺栓，始终处在小拉大压的负荷中，这类情况叫做拉-压疲劳。

我们还可以列举很多常用的机械零件所受的负荷情况，综合这些情况就会得到上面已经提过的结论：大多数零件的失效是属于疲劳破坏的。

4.1.1 疲劳破坏的特点尽管疲劳载荷有各种类型，但它们都有一些共同的特点。

第一，断裂时并无明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，而是突然地破坏。

第二，引起疲劳断裂的应力很低，常常低于静载时的屈服强度。

第三，疲劳破坏能清楚地显示出裂纹的发生、扩展和最后断裂三个组成部份。

4.1.2 疲劳断口分析我们已经知道，疲劳损坏有裂纹的发生、扩展直至最终断裂三部分，对疲劳宏观断口的分析就可以证实这点（见图4-0）。

一个典型的疲劳断口总是由疲劳源，疲劳裂纹扩展区和最终断裂区三部份构成。

疲劳断口有各种型式，它取决于载荷的类型，即所受应力为弯曲应力、扭转应力还是拉-压应力，同时与应力的大小和应力集中程度有关。

图4-1是弯曲疲劳的断口。

在承受低名义应力时，对于应力集中较小的，疲劳裂纹扩展区占的面积相对说比较大，而且最终断裂区并不正好位于疲劳源的对侧，而是以逆旋转方向偏离一个位置。

对于应力集中较大的，不仅扩展区减小，而且最终断裂区已不在轴的表面，渐渐移向中心。

在承受高名义应力时，即使对应力集中小的轴，表面的疲劳源已有多处，裂纹扩展形成棘轮形，最终断裂区位于轴的中心。

对于高应力集中的轴，表面的疲劳源更多。

金属材料疲劳断裂机理分析

金属材料疲劳断裂机理分析一、引言金属材料常见的失效形式之一是疲劳断裂，而疲劳断裂机理的分析对于提高金属材料的使用寿命具有重要意义。

本文将对金属材料疲劳断裂机理进行详细分析。

二、金属材料的疲劳断裂1. 疲劳断裂的概念疲劳断裂是材料受到循环或重复应力作用后，出现裂纹并扩展，最终导致材料破坏的一种失效形式。

2. 疲劳断裂的特点（1）与静态断裂不同，疲劳断裂通常在应力水平低于静态破坏强度时出现。

（2）疲劳断裂往往发生在金属材料受到循环应力或者滞后循环应力的情况下。

（3）疲劳断裂是一个逐渐形成的过程，通常由细小的裂纹开始，然后扩展到整个截面并导致材料断裂。

3. 疲劳断裂的影响因素（1）应力幅值对于金属材料疲劳断裂的影响很大。

一般来说，应力幅值越大，疲劳断裂的损伤就越严重。

（2）材料的力学性质对于疲劳断裂也有很大的影响。

通常来说，强度越高的材料越难发生疲劳断裂，但是当强度相同时，材料的硬度越高，就越容易疲劳断裂。

（3）疲劳断裂还受到持续时间、温度、材料的化学成分和缺陷的影响。

4. 疲劳断裂的分类根据裂纹的扩展速率和应力比，疲劳断裂可以分为以下几类：（1）低周疲劳断裂：在循环应力下，材料的裂纹扩展速率很慢，往往需要上百万以上次循环才会导致疲劳断裂。

（2）中周疲劳断裂：循环应力下材料的裂纹扩展速率较快，在千-十万次循环后就能导致疲劳断裂。

（3）高周疲劳断裂：循环应力下材料的裂纹扩展速率极快，在数十万-数百万次循环内就会导致疲劳断裂。

5. 疲劳断裂的机理（1）金属材料的疲劳断裂过程一般分为始裂阶段和稳定扩展阶段。

（2）始裂阶段：在材料表面出现较小的裂纹，形成的原因是在应力作用下，材料中的微小缺陷和夹杂物开始聚集和扩散。

（3）稳定扩展阶段：当裂纹扩展到一定长度时，会出现塑性形变，当扩展到一定程度时，材料就会出现断裂。

（4）材料疲劳断裂机理可以采用形变、断裂学和金相学等多方面知识进行解释。

三、疲劳断裂机理分析1. 循环应力下的金属变形材料在循环应力下，会出现塑性变形和弹性变形两种不同的变形形式。

金属疲劳基础

金属疲劳基础金属疲劳是一种重要的金属材料损伤形式，很多金属结构因为长期受到疲劳作用而导致疲劳断裂事故，所以金属疲劳问题一直是金属材料研究的重点和难点。

一、金属疲劳的定义及原理金属材料在受到交变载荷作用下，经过多次往复循环后，材料内部会形成微小的裂纹，随着循环次数的增加，裂纹逐渐扩展，最终导致疲劳断裂。

这种现象就是金属疲劳。

金属疲劳的主要原理是由于材料内部晶界错位、位错等微观结构的形变与位移所产生的内部应力聚集于特定部位，超过材料的强度极限而导致裂纹扩展和疲劳断裂。

二、金属疲劳的特点和表现金属疲劳的特点是在低应力下也能造成裂纹和疲劳断裂。

通常金属的疲劳断裂强度要比金属的静态强度低很多，而且疲劳断裂的形态比较规则，很容易被识别。

金属的疲劳断裂通常呈现出喇叭口形，即断面宽度较窄，厚度逐渐递减的形状，谷底通常呈现出明显的条纹状或裂纹痕迹，这些特点可以很好地区分金属疲劳断裂和其他断裂形态。

三、金属疲劳的影响因素金属疲劳的影响因素很多，常见的有金属材料的性质、材料的强度、应力水平、应力集中、材料的温度等等。

在疲劳过程中，应力集中处的材料强度更容易受到损伤，因此这个位置的疲劳寿命会比其他位置的疲劳寿命更短。

此外，材料的应力水平也是影响疲劳寿命的重要因素，应力越大，疲劳寿命就越短。

四、金属疲劳的预测和控制对于金属疲劳的预测和控制，通常通过疲劳试验和数学模型的建立来进行研究。

疲劳试验是一种通过模拟实际工作条件下材料长期受到交变载荷作用的方法，通过测试疲劳寿命和疲劳断裂形态来分析材料的疲劳特性。

建立疲劳损伤预测模型可以更好地预测金属在实际工作条件下的寿命，从而有效地控制金属疲劳问题。

除此之外，材料的设计和优化也是降低金属疲劳的一种重要手段，例如减小应力集中、增强材料强度等。

综上所述，金属疲劳问题在金属材料研究和工程实践中具有重要的意义，对于我们提高金属材料的使用效率和安全性来说具有十分重要的参考价值。

金属零件的疲劳断裂失效

(4) 装配与联接效应
装配与联接效应对构件的疲劳寿命有很大的影响。正确的拧紧力矩可使其疲劳寿命提高5倍以上。容易出现的问题是，认为越大的拧紧力对提高联接的可靠性越有利，使用实践和疲劳试验表明，这种看法具有很大的片面性。
(5) 使用环境
环境因素（低温、高温及腐蚀介质等）的变化，使材料的疲劳强度显著降低，往往引起零件过早的发生断裂失效。例如镍铬钢（0.28％C，11.5％ Ni，0.73％Cr），淬火并回火状态下在海水中的条件下疲劳强度大约只是在大气中的疲劳极限的20％。
(5) 接触疲劳
02 疲劳断裂原因分析
(1) 零件的结构形状
零件的结构形状不合理，主要表现在该零件中的最薄弱的部位存在转角、孔、槽、螺纹等形状的突变而造成过大的应力集中，疲劳微裂纹最易在此处萌生。 (2) 表面状态
不同的切削加工方式（车、铣、刨、磨、抛光）会形成不同的表面粗糙度，即形成不同大小尺寸和尖锐程度的小缺口。这种小缺口与零件几何形状突变所造成的应力集中效果是相同的。由于表面状态不良导致疲劳裂纹的形成是金属零件发生疲劳断裂的另一重要原因。
(3) 材料及其组织状态
材料选用不当或在生产过程中，由于管理不善而错用材料造成的疲劳断裂也时有发生，金属材料的组织状态不良是造成疲劳断裂的常见原因。一般的说，回火马氏体较其它混合组织，如珠光体加马氏体及贝氏体加马氏体具有更高的疲劳抗力；铁素体加珠光体组织钢材的疲劳抗力随珠光体组织相对含量的增加而增加；任何增加材料抗拉强度的热处理通常均能提高材料的疲劳抗力。组织的不均匀性，如非金属夹杂物、疏松、偏析、混晶等缺陷均使疲劳抗力降低而成为疲劳断裂的重要原因。
当外部的激振力的频率接近系统的固有频率时，系统将出现激烈的共振现象。共振疲劳断裂是机械设备振动疲劳断裂的主要形式，除此之外，尚有颤振疲劳及喘振疲劳。

金属疲劳断裂的微观机理分析

金属疲劳断裂的微观机理分析一、金属疲劳断裂的基本概念金属疲劳断裂是指金属材料在受到重复或循环加载作用下，经过一定周期后发生的断裂现象。

这种现象在工程结构中极为常见，对材料的可靠性和安全性构成了严重威胁。

金属疲劳断裂是一个复杂的物理过程，涉及到材料的微观结构、应力状态、加载条件等多种因素。

1.1 金属疲劳断裂的定义与分类金属疲劳断裂通常可以分为低周疲劳和高周疲劳两种类型。

低周疲劳是指在较少的循环次数下，材料因塑性变形累积而发生断裂；而高周疲劳则是在大量的循环加载下，材料在没有明显塑性变形的情况下发生断裂。

此外，根据断裂的微观机制，金属疲劳断裂还可以进一步细分为穿晶断裂和沿晶断裂。

1.2 金属疲劳断裂的影响因素金属疲劳断裂的影响因素众多，包括但不限于材料的化学成分、微观组织、晶粒大小、应力集中、加载频率、环境条件等。

这些因素通过不同的机制影响材料的疲劳寿命和断裂行为。

1.3 金属疲劳断裂的研究意义深入研究金属疲劳断裂的微观机理，对于提高工程结构的可靠性、预测和防止疲劳失效具有重要的理论和实际意义。

通过优化材料设计、改进加工工艺、采用合理的加载方式等措施，可以有效延长材料的疲劳寿命，减少因疲劳断裂导致的损失。

二、金属疲劳断裂的微观机理金属疲劳断裂的微观机理是材料科学领域的研究热点之一。

通过对金属疲劳断裂过程中微观结构变化的观察和分析，可以揭示疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂的内在机制。

2.1 疲劳裂纹的萌生机理疲劳裂纹通常在材料表面或内部的应力集中区域萌生。

在循环加载作用下，材料表面或内部的微观缺陷（如夹杂、孔洞、晶界等）会逐渐发展成为微裂纹。

微裂纹的形成和发展与材料的微观结构、应力状态和加载条件密切相关。

2.2 疲劳裂纹的扩展机理当微裂纹形成后，会在循环应力的作用下逐渐扩展。

疲劳裂纹的扩展过程可以分为三个阶段：裂纹的微观扩展、宏观扩展和快速断裂。

在微观扩展阶段，裂纹主要沿着晶粒内部扩展，受到晶粒取向、位错运动等因素的影响。

金属材料疲劳破坏的机理

一、名词解释1、交变应力：构件中一点应力随着时间变化而变化时，这种应力称为“交变应力”；2、疲劳：在交变应力作用下发生的破坏现象，称为“疲劳失效”或“疲劳破坏”，简称“疲劳”。

疲劳失效与静载作用下的强度失效，有着本质上的差别。

在交变应力作用下，材料的强度性能则不仅与材料有关，而且与应力变化情况、构件的形状和尺寸，以及表面加工质量等因素有着很大关系。

二、疲劳破坏特点1、破坏应力值远低于材料在静载下的强度指标。

2、构件在确定的应力水平下发生疲劳破坏需要一个过程，即需要一定量的应力交变次数。

3、构件在破坏前和破坏时都没有明显的塑性变形，即使在静载下塑性很的材料，也特呈现脆性断裂。

4、同一疲劳破坏断口，一般都明显的两个区域：光滑区域和颗粒区域。

三、疲劳破坏原因以多晶体金属为例，它由很多强弱不等的晶粒所组成，在晶粒边界上或夹杂物处，强度更弱。

在外力作用下，受力较大或强度较弱的晶粒以及晶粒边界上将出现错动的滑移带。

随着应力变化次数的增加，滑移加剧，滑移带变宽，最后沿滑移带裂开，形成裂纹。

这些最初形成的微裂大都是疲劳破坏的发源区，称为“疲劳源”。

再经过若干次应力交变之后，宏观裂纹继续扩展，致使构件截面削弱，类似在构件上作成尖锐的“切口”。

结果，在很低的名义应力（不考虑应力集中时算得的应力），水平下，构件便发生破坏。

裂纹的生成和扩展是一个复杂的过程，它与构件的外形、尺寸、应力交变的类型，以及构件所处的介质等因素有很大关系。

1、应力集中对疲劳极限的影响在构件上截面突变处，如阶梯轴的过渡段、开孔、切槽等处，会产生应力集中现象，即在这些局部区域内，应力有可能达到很高数值。

2、构件尺寸对疲劳极限的影响构件尺寸对疲劳极限有着明显的影响，这是疲劳强度问题与静载强度问题的重要差别之一。

实验结果表明，当构件横截面上的应力非均匀颁布时，构件尺寸越大，疲劳极限越低。

3、构件表面加工质量对疲劳极限的影响粗糙的机械加工，会在构件表面形成深浅不同的刻痕，这些刻痕本身就是初始裂纹。

金属材料的疲劳断裂机理研究

金属材料的疲劳断裂机理研究引言：金属材料的疲劳断裂是工程实践中的一个重要问题，它会直接影响到金属材料的使用寿命和安全性。

研究金属材料的疲劳断裂机理，对于改进材料性能、提高材料的耐久性和安全性至关重要。

本文将介绍金属材料疲劳断裂机理的研究现状和相关研究方法。

一、疲劳断裂机理概述疲劳断裂是金属材料长期受循环荷载作用造成的破坏，其特点是在荷载循环过程中，金属经历了多次的应力变化，最终导致断裂。

疲劳断裂的机理可以分为微观和宏观两个层面。

二、微观疲劳断裂机理微观疲劳断裂机理主要从物理层面来解释，并且与材料内部的微结构和原子排列有关。

最常见的机理是裂纹的形成和扩展。

金属材料中的晶界、位错和内部杂质等缺陷对裂纹的形成起着重要的作用。

此外，局部疲劳循环过程中的塑性变形和能量耗散也会影响裂纹的扩展速率。

三、宏观疲劳断裂机理宏观疲劳断裂机理主要从宏观的角度来考虑，并且与材料的力学性能和结构形态有关。

宏观疲劳断裂机理关注的是裂纹的扩展路径和断裂形态。

通常，宏观断裂形态可以分为韧性断裂和脆性断裂两种情况。

韧性断裂主要出现在高塑性和高韧性材料中，而脆性断裂则主要出现在低韧性材料中。

四、研究方法为了研究金属材料的疲劳断裂机理，科学家采用了许多实验和模拟方法。

其中，传统的实验方法包括疲劳试验、断口分析和电镜观察等。

通过对疲劳试验中材料的应力-应变曲线、断口形态和金相组织等特征进行分析，可以得到关于材料疲劳断裂机理的一些基本信息。

另外，电镜观察可以揭示材料内部缺陷和裂纹的形成与扩展情况。

近年来，基于计算机模拟的方法也得到了广泛应用，例如分子动力学模拟和有限元分析等。

这些方法可以更好地揭示材料疲劳断裂的微观机理和宏观行为。

五、疲劳断裂机理的应用疲劳断裂机理的研究不仅仅是理论上的探索，也对工程实践有重要意义。

通过了解材料的疲劳断裂机理，可以制定更合理的材料使用和维护策略，从而延长材料的寿命和提高使用安全性。

此外，在金属材料的设计和制造过程中，疲劳断裂机理的研究也是十分关键的，可以指导金属材料的改进和优化。

金属学与热处理原理中的金属疲劳与断裂

金属学与热处理原理中的金属疲劳与断裂金属材料在长期的应力作用下，由于疲劳引起的断裂是一种非常重要的失效形式。

研究金属疲劳与断裂是金属学与热处理领域的重要内容之一。

本文将介绍金属疲劳与断裂的概念、机制、影响因素以及预防措施。

一、概念金属疲劳是指在周期的应力作用下，金属材料发生断裂的现象。

疲劳断裂通常发生在金属材料循环应力作用下的高应力集中区域，尤其在其实际应力低于金属材料的屈服强度时。

通过加载和卸载周期性变化的应力，会导致金属材料中微小裂纹的扩展，最终导致疲劳断裂。

二、机制金属疲劳断裂主要包括微裂纹形成、扩展和最终断裂三个阶段。

在起始阶段，金属材料表面的微小缺陷会逐渐形成微裂纹，这些微裂纹通常沿着材料的晶界或者金属材料中的非金属夹杂物分布处开始扩展。

随着加载和卸载的循环次数增加，裂纹逐渐扩展进一步，直到达到材料的疲劳强度极限，材料最终发生断裂。

在裂纹扩展过程中，裂纹的扩展速率会逐渐加快。

三、影响因素金属疲劳与断裂的速率和程度受到多种因素的影响，包括加载频率、应力幅值、温度、湿度等。

高频率的加载会导致疲劳断裂更快发生，较大的应力幅值也会增加材料发生疲劳断裂的可能性。

此外，高温和高湿度环境也会加速疲劳断裂的发生。

四、预防措施为了预防金属材料的疲劳断裂，可以采取一系列措施。

首先，合理设计和选择材料，确保其能够承受所需的应力循环。

其次，降低应力集中，通过改善结构设计或者增加过渡区域，减少应力集中的程度。

此外，可以通过表面处理、提高金属材料的表面光滑度来减少疲劳断裂的发生。

最后，定期检测和维护金属材料，及时更换存在疲劳断裂风险的部件。

综上所述，金属疲劳与断裂是金属学与热处理原理中的重要内容之一。

了解金属疲劳与断裂的概念、机制、影响因素以及预防措施，对于提高金属材料的使用寿命和安全性具有重要意义。

在实践中，我们应该注重合理设计和选择材料，有效减少应力集中，加强对金属材料的定期检测和维护，最大程度地降低金属疲劳与断裂的风险。

金属的疲劳断裂

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二、循环硬化与循环软化
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三、疲劳形变的不均匀性同单调形变时一样，循环形变时金属内部的不可逆滑移，表现于试样表面为滑移带。若每当疲劳一段时间后，用电解抛光去除有滑移带的一薄
层（30 m）继续试验，累计的疲劳寿命可成倍提
高。这表明滑移带与疲劳起裂有关。同时有一种滑移带，即使被抛光去除，再次疲劳试验时仍在处出现滑移。这就叫做驻留滑移带。
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而这些挤入、挤出是来自于驻留滑移带，如图6 －15所示，由这样挤入、挤出继续发展成为裂纹是纯金属和单相合金形成疲劳裂纹的主要方式。
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二、晶界萌生裂纹方式
晶界处出现较高的应力；由于形变在晶界处出现凹槽；晶界有杂质偏析或弱化
铝、铜、黄铜和低碳钢在大振幅疲劳条件下，疲劳裂纹大都是由晶界开始的。
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第I阶段的扩展机理，主要是与滑移有关，裂纹的转向是损伤机理和断裂机理变化之表现。在扩展的第I阶段，驻留滑移机理在滑移面上积累损伤而促成剪切断裂。当裂纹深入后，裂尖的塑性区中，易发生形变的方向的分布性滑移起保护作用，而断裂就发生在正应力最大而不利于滑移的面上，故转向正断。
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二、ห้องสมุดไป่ตู้纹扩展的第II阶段及断口微观形貌裂纹转向同正应力垂直起，进入第II阶段。在此
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后半周由拉转向压，则如图c→d→e所示，裂纹闭合，在尖部留下折痕，当再次拉伸时，此折痕保留，裂纹往前伸展一条，在此口上就留下一条辉纹，可见辉纹是裂纹扩展的瞬时前沿，条纹推移的方向（垂直于条纹）即为裂纹扩展方向。这就是疲劳裂纹扩展的塑性钝化模型。
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然而在多晶体材料中，这种有辉纹的穿晶扩展断口，并不是处在一个完整的平坦面上。而是如图6 －24所示，在不同高度的台面上扩展。台面与台面之间的台阶连接。这台阶是大体顺着裂纹扩展方向的。这一片一片的台面，叫做疲劳班片。图中示出了与疲劳辉纹平行的二次裂纹。

金属材料的断裂与疲劳行为

金属材料的断裂与疲劳行为断裂和疲劳行为是金属材料在实际应用中常见的失效形式。

了解金属材料的断裂与疲劳行为对于设计和使用金属结构具有重要意义。

本文将介绍金属材料的断裂和疲劳机制，以及减缓断裂和疲劳行为的方法。

一、金属材料的断裂行为金属材料的断裂行为是指材料在承受外力作用下发生断裂的过程。

断裂行为可以分为韧性断裂和脆性断裂两种。

1. 韧性断裂韧性断裂是指金属材料在拉伸或弯曲等受力过程中，先出现局部塑性变形，然后逐渐发展成裂纹，并最终导致材料的断裂。

韧性断裂一般发生在高韧性的金属材料上，如钢铁等。

这种断裂行为是可逆的，材料在受力时会发生塑性变形。

2. 脆性断裂脆性断裂是指金属材料在受到较小的应力下，很快发生断裂的行为。

脆性断裂一般发生在低韧性的金属材料上，如铸铁等。

这种断裂行为是不可逆的，材料在受力时发生的变形很小。

二、金属材料的疲劳行为金属材料的疲劳行为是指材料在交变载荷或周期性的载荷下，逐渐失去强度并最终发生断裂的现象。

疲劳断裂是金属材料在常规加载下的主要失效模式之一。

疲劳行为的特点是在应力远低于材料的屈服强度时发生，其断裂过程包括裂纹的发育、扩展和最终断裂。

疲劳断裂是一个逐渐发展的过程，当疲劳裂纹达到一定尺寸时，材料的强度急剧下降，进而引发断裂。

三、减缓断裂和疲劳行为的方法为了延长金属材料的使用寿命，减缓断裂和疲劳行为的发生是非常重要的。

以下是几种常用的方法：1. 合理设计在金属结构的设计中，合理选择材料、结构形式和尺寸对于减缓断裂和疲劳行为具有重要意义。

考虑到材料的强度、韧性和抗疲劳性能，设计合理的结构，合理分配应力和应变，可以降低断裂和疲劳的风险。

2. 表面处理表面处理是一种常用的减缓断裂和疲劳行为的方法。

通过对金属材料表面进行加工，如抛光、镀层、涂层等，可以提高材料的表面质量和耐疲劳性能。

例如，对于金属零件，可以进行光亮抛光处理来消除微小的表面缺陷，提高其疲劳寿命。

3. 应力控制适当控制金属材料的应力和应变状态是减缓断裂和疲劳行为的关键。

金属疲劳截面

金属疲劳截面金属疲劳是金属材料在受到交变应力作用下产生的破坏现象，其特点是在应力远远低于材料的屈服强度时发生。

金属疲劳对于工程结构来说是一个重要的问题，因为它可能导致结构的突然失效，造成严重的后果。

在研究金属疲劳问题时，研究金属疲劳截面是非常重要的。

金属疲劳截面是指在金属疲劳研究中对材料进行剖面观察和分析的截面。

通过观察金属疲劳截面，可以了解金属材料在受到交变应力作用下的疲劳破坏机制和特征。

金属疲劳截面的观察可以通过金相显微镜等仪器来进行。

在观察金属疲劳截面时，可以看到一些特征性的疲劳损伤特征。

其中最常见的是疲劳裂纹。

疲劳裂纹通常呈尖锐的V形，且呈放射状分布。

在疲劳裂纹周围可以观察到一些疲劳条纹，这是由于金属材料在疲劳载荷下的应力和变形引起的。

此外，还可以观察到一些疲劳断口的特征，例如沿断口方向的疲劳条纹和疲劳韧窝等。

金属疲劳截面的形貌特征可以提供很多有关金属疲劳机制的信息。

例如，通过观察疲劳裂纹的形貌和分布可以了解金属材料的疲劳裂纹扩展机制，从而为疲劳寿命预测和结构设计提供依据。

此外，通过观察疲劳断口的形貌和特征，可以评估金属材料的疲劳韧性和断裂韧性，为材料的选用和使用提供指导。

金属疲劳截面的分析还可以通过一些表征参数进行。

例如，可以通过测量疲劳裂纹的长度和位置，计算出疲劳裂纹扩展速率，从而评估材料的疲劳寿命。

此外，还可以通过测量疲劳断口的形貌和尺寸，计算出材料的疲劳韧性和断裂韧性等参数。

在实际工程中，为了提高金属材料的疲劳寿命和抗疲劳性能，可以采取一些措施。

例如，可以通过提高材料的强度和韧性来增强其抗疲劳性能。

此外，还可以采用一些表面处理方法，如表面喷丸处理和表面改性等，来改善材料的疲劳寿命。

金属疲劳截面是研究金属疲劳问题中非常重要的一部分。

通过观察金属疲劳截面，可以了解金属材料在受到交变应力作用下的疲劳破坏机制和特征。

金属疲劳截面的分析可以为疲劳寿命预测和结构设计提供依据，从而提高工程结构的安全性和可靠性。

金属疲劳断裂特点

金属疲劳断裂特点嘿，朋友们！今天咱来聊聊金属疲劳断裂特点这事儿。

你说金属这玩意儿，平日里看着可结实了，怎么就会疲劳断裂呢？这就好比一个大力士，平时力大无穷，可要是一直让他干活不休息，总有一天他也得累垮呀！金属也是这样。

金属疲劳断裂啊，就像是一个隐藏的小恶魔，平时不声不响，等你发现的时候可能就晚啦！它不是一下子就断了，而是经过长时间的折腾。

你想想看，金属不停地被拉伸、压缩、弯曲，一次两次可能没啥事儿，次数多了，它能不烦吗？就好像你老是被人折腾来折腾去，你也会不高兴呀！这金属疲劳断裂还有个特点，就是特别狡猾。

它不是在你特别注意的时候出现，往往是在你觉得一切都很正常的时候，冷不丁地就给你来一下子。

就像那调皮的小孩子，趁你不注意的时候搞个恶作剧。

比如说，飞机在天上飞着飞着，突然某个关键部位的金属就因为疲劳断裂出问题了，那可不得了哇！而且啊，这金属疲劳断裂还很难察觉。

你说你能天天盯着金属看它有没有要断的迹象吗？不可能嘛！它就偷偷摸摸地在那儿积累损伤，等积累到一定程度，“咔嚓”一声，完了！这多吓人呐！那怎么对付这个小恶魔呢？咱得给金属适当的休息呀！不能可着它一个劲儿地用。

就跟人一样，工作一段时间还得休息休息呢。

还有啊，咱得定期检查金属部件，看看有没有什么问题。

这就好比给金属做个体检，早发现问题早解决嘛！另外，咱在设计的时候就得考虑到金属疲劳这个问题。

不能把金属用得太狠了，得给它留有余地。

不然，到时候出了问题可就麻烦啦！总之，金属疲劳断裂可不是个小问题，咱可得重视起来。

别等出了事儿才后悔莫及呀！这金属就像咱身边的好朋友，咱得好好对待它，它才能好好为咱服务呀！大家说是不是这个理儿呢？。