金屬疲勞試驗(yàn)講述

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(chē)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

2、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(guò)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，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(guò)、次載情況、平均應(yīng)力

3、）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(xiàn)彈性條件下的金屬斷裂韌度線(xiàn)彈性條件下的金屬斷裂韌度張開(kāi)型（I型） 滑開(kāi)型（II型） 撕開(kāi)型（III型）中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院23sin2sin12cos2rKIx23sin2sin123cos2rKIy23cos2cos2sin2rKIxy應(yīng)力分量：)(YXZ0Z（平面應(yīng)變）（平面應(yīng)力）歐文（Irwin)

4、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(chēng)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(wú)限邊緣缺口

5、試樣-有限寬度的中心開(kāi)裂紋試樣-有限寬度的邊緣缺口試樣半無(wú)限寬邊緣缺口試樣aKI*12. 1有限寬度的中心開(kāi)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*WaWaWaWaaKI0.5% accurate for a/W Ps, 則PQ = Ps - 若 Pmax / PQ 1.10, 那么- 到 K

6、(PQ)公式: 計(jì)算 KQ (條件 KIC)- 如果試樣尺寸滿(mǎn)足要求,即 則 -檢查裂紋前端是否是基本對(duì)稱(chēng)的, 對(duì)稱(chēng)的則KQ = KIC (有效測(cè)試有效測(cè)試) 25.2a-W B,YICKa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a =maxmin2應(yīng)力幅平均應(yīng)力m =maxmin2+min = 0a = max / 2m =a = maxmax = - min中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二、疲勞特點(diǎn)1.低應(yīng)力循環(huán)延時(shí)斷裂，即具有壽命的斷裂2.疲勞是脆性斷裂3.疲勞對(duì)缺陷（缺口、裂紋及組織缺陷）十分敏感。4.疲勞斷口上有明顯的疲勞源和疲勞擴(kuò)展區(qū)中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科

7、學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院四.疲勞S-N曲線(xiàn)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11tffKKqKt 理論應(yīng)力集中系數(shù)Kf 疲勞缺口系數(shù)Steel中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院aYaYaYKKKminmaxminmax中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 I區(qū)是疲勞裂紋的初始擴(kuò)展階段，所占擴(kuò)展壽命不長(zhǎng)。 II區(qū)是疲勞裂紋擴(kuò)展的主要階段，占據(jù)亞穩(wěn)擴(kuò)展的絕大部分，是決定疲勞壽命的主要組成部分?？捎肞aris公式： 區(qū)是疲勞擴(kuò)展的最后階段，其da/dN很大，并隨nKcdNda)(中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院thKaYKaYKth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)

8、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

9、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(xiàn)（P-V曲線(xiàn)）。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)行校正。根據(jù)P-V曲線(xiàn)計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將其帶入判據(jù)以得到KIC數(shù)據(jù)。72.655766.9475571.6962468.310770.2050269.96304中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院試驗(yàn)報(bào)告要求：描述一種或一種以上金屬疲勞試驗(yàn)方法中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們