疲劳条带的影响因素
疲劳断裂
六、疲劳裂纹源位置的判断
1、主要依据 1）断口表面光泽 2）粗糙度 3）棱边情况 4）台阶和线痕的方向 5）疲劳线的弧度方向
或冷热快速交变而造成零件内部的热应力交变。
热疲劳的断口特征
1、裂纹易起源于表面应力集中处，或有大的区域温 差部位。 2、疲劳裂纹一般为多条同时存在，扩展呈跳跃式， 忽宽忽窄，有时产生分枝、二次裂纹和沿晶开裂。 3、疲劳裂纹两侧有时因氧化造成合金元素贫化，使 其显微硬度低于基体。 4、热疲劳断口也分为裂源区、扩展区和瞬断区，微 观上除疲劳条带外，还常常出现韧窝。 5、断口正面和侧面均受氧化，因此需清洗后再进行 观察。
椭圆形贝壳状标记的偏心模式说明载荷不平衡
旋转疲劳宏观断口，棘轮与贝壳纹特征
双向弯曲疲劳断口
多源疲劳断口
疲劳辉纹
三、低周疲劳
高周疲劳是应变疲劳，应力小于材料的屈服 极限，断裂寿命一般大于104-105周次。 低周疲劳是应变疲劳，应力大于材料的屈服 极限，断裂寿命一般小于104-105周次。
四、腐蚀疲劳
腐蚀疲劳是材料在交变载荷和腐蚀介质联合作 用下发生的破坏。
1、疲劳寿命大大缩短。 2、交变载荷周期长短与每个周次的裂纹扩展量成正比。 3、断口上除疲劳破坏的特征外，往往还可见到腐蚀破 坏的特征。二者比例与应力大小和腐蚀强弱有关。
五、热疲劳
热疲劳由交变工作温度引起。
在温度交变过程中，金属零件不能自由膨胀或 收缩。
3.5 疲劳断裂
材料在周期性或间隙性载荷作用下，产生裂 纹乃至断裂的过程叫做疲劳断裂。 高周疲劳、低周疲劳、接触疲劳、腐蚀疲劳、 热疲劳等
一、宏观特征
三个区： 疲劳源区
贝纹线不明显、多源
扩展区
疲劳线
瞬断区
材料性能学历年真题及答案整理版
一、名词解释低温脆性：材料随着温度下降，脆性增加，当其低于某一温度时，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象为低温脆性。
疲劳条带：每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
缺口强化：缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。
50%FATT：冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。
破损安全：构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。
应力疲劳：疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳，又称应力疲劳。
韧脆转化温度：在一定的加载方式下，当温度冷却到某一温度或温度范围时，出现韧性断裂向脆性断裂的转变，该温度称为韧脆转化温度。
应力状态软性系数：在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值，通常用α表示。
疲劳强度：通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。
内耗：材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收，则这部份能量称为内耗。
赛贝克效应：当两种不同的金属或合金联成闭合回路，且两接点处温度不同，则回路中将产生电流，这种现象称为赛贝克效应。
滞弹性: 在快速加载、卸载后，随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。
缺口敏感度：常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标，往往又称为缺口强度比。
断裂功：裂纹产生、扩展所消耗的能量。
比强度：:按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其密度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。
.缺口效应：构件由于存在缺口（广义缺口）引起外形突变处应力急剧上升，应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。
解理断裂：材料在拉应力的作用下原于间结合破坏，沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。
应力集中系数：构件中最大应力与名义应力（或者平均应力）的比值，写为KT。
高周疲劳：在较低的应力水平下经过很高的循环次数后（通常N>105）试件发生的疲劳现象。
简述疲劳断裂的原因和提高零件疲劳强度的方法
简述疲劳断裂的原因和提高零件疲劳强度的方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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讲解—材料的疲劳性能
讲解—材料的疲劳性能材料的疲劳性能⼀.本章的教学⽬的与要求本章主要介绍材料的疲劳性能，要求学⽣掌握疲劳破坏的定义和特点，疲劳断⼝的宏观特征，⾦属以及⾮⾦属材料疲劳破坏的机理，各种疲劳抗⼒指标，例如疲劳强度，过载持久值，疲劳缺⼝敏感度，疲劳裂纹扩展速率以及裂纹扩展门槛值，影响材料疲劳强度的因素和热疲劳损伤的特征及其影响因素，⽬的是为疲劳强度设计和选⽤材料建⽴基本思路。
⼆．教学重点与难点1. 疲劳破坏的⼀般规律（重点）2．⾦属材料疲劳破坏机理（难点）3. 疲劳抗⼒指标（重点）4.影响材料及机件疲劳强度的因素（重点）5热疲劳（难点）三．主要外语词汇疲劳强度：fatigue strength 断⼝：fracture 过载持久值：overload of lasting value疲劳缺⼝敏感度：fatigue notch sensitivity 疲劳裂纹扩展速率：fatigue crack growth rate 裂纹扩展门槛值：threshold of crack propagation 热疲劳：thermal fatigue四. 参考⽂献1.张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通⼤学出版社，20092.束德林.⾦属⼒学性能.北京：机械⼯业出版社，19953.⽯德珂，⾦志浩等.材料⼒学性能.西安：西安交通⼤学出版社，19964.郑修麟.材料的⼒学性能.西安：西北⼯业⼤学出版社，19945.姜伟之，赵时熙等.⼯程材料⼒学性能.北京：北京航空航天⼤学出版社，19916.朱有利等.某型车辆扭⼒轴疲劳断裂失效分析[J]. 装甲兵⼯程学院学报，2010,24（5）：78-81五．授课内容第五章材料的疲劳性能第⼀节疲劳破坏的⼀般规律1、疲劳的定义材料在变动载荷和应变的长期作⽤下，因累积损伤⽽引起的断裂现象，称为疲劳。
2、变动载荷指⼤⼩或⽅向随着时间变化的载荷。
变动应⼒：变动载荷在单位⾯积上的平均值分为：规则周期变动应⼒和⽆规则随机变动应⼒3、循环载荷（应⼒）的表征①最⼤循环应⼒：σmax②最⼩循环应⼒：σmin③平均应⼒：σm=（σmax+σmin）/2④应⼒幅σa或应⼒范围Δσ：Δσ=σmax-σminσa=Δσ/2=（σmax-σmin）/2 ⑤应⼒⽐（或称循环应⼒特征系数）：r=σmin/σmax5、循环应⼒分类按平均应⼒、应⼒幅、应⼒⽐的不同，循环应⼒分为①对称循环σm=（σmax+ σmin）/2=0 r=-1属于此类的有：⼤多数旋转轴类零件。
疲劳强度的影响因素
疲劳强度的影响因素通常我们通过手册所获得的S-N曲线大多是无缺口的标准试样的试验结果，但是实际零部件的形状、尺寸、表面状态、工作环境和工作载荷的特点都可能大不相同，而这些因素都对零部件的疲劳强度产生很大的影响。
疲劳强度的影响因素可分为力学、冶金学和环境三个方面。
这些因素互相联系影响，使得在疲劳强度设计和疲劳寿命预测时，综合评价这些因素影响变得复杂。
三类因素中，力学因素从根本上讲可归结为应力集中和平均应力的影响；冶金学因素可归纳为冶金质量即材料的纯净度和材料的强度；而环境因素主要有腐蚀介质和高温的影响。
对于铁路车辆零部件大多数的情况是在大气和常温环境下工作的，所以一般情况下应主要考虑力学和冶金学两类因素。
它们包括缺口形状的影响、尺寸的影响、表面状态的影响和平均应力的影响等。
关于这些因素对疲劳极限影响的具体数据相关的经验公式，可查阅有关手册和资料。
这里主要讨论疲劳强度设计和疲劳寿命预测时需要了解的一些比较重要的影响规律或现象，以及必须或应该考虑到的注意事项。
01缺口形状效应零件或构件常常带有如轴肩类的台阶、螺栓孔和油孔、键槽等所谓的缺口，它们的共同特点是零件的横截面积在缺口处发生了突变，而在这些缺口根部应力会急剧升高，这种现象叫做应力集中。
缺口处的应力集中是造成零部件疲劳强度大幅度下降的最主要的因素。
应力集中使得缺口根部的实际应力远大于名义应力，使该处产生疲劳裂纹，最终导致零件失效或破坏。
应力集中的程度用应力集中系数（又称理论应力集中系数）Kt 来描述，表达式如下：这里，σmax 为最大应力，σ0为载荷除以缺口处净截面积所的得平均应力，又称名义应力。
在一定范围内，缺口根部的曲率半径ρ越小，应力集中程度越大，疲劳强度降低的程度也就越大。
但是，对于低中碳钢等塑性材料，当缺口根部的曲率半径进一步减小甚至小于零点几个毫米时，疲劳强度的降低程度会变的越来越小甚至不再降低。
此时应力集中系数就无法真实地反映缺口对疲劳强度的影响。
材料的疲劳性能
应力范围△σ越大 ，则裂纹扩展越快 ， Np、ac越小。
40
材料旳疲劳裂纹扩展速率与Δσ和a 有关。 将应力范围△σ与a复合定义为应力 强度因子范围△K ：
K Kmax Kmin Ymax a Ymax a Y a
△K：控制裂纹扩展旳复合力学参量
（1）将a-N曲线上各点旳da／dN 值用图 解微分法或递增多项式计算法计算出来; （2）利用应力强度因子幅(ΔKⅠ)公式将 相应各点旳ΔKⅠ值求出， （3）在双对数坐标系上描点连接即得
在变动载荷作用下，随机件尺寸增大使疲劳强度下降旳现象，称为 尺寸效应，可用尺寸效应系数ε来表达
48
三、表面强化及残余应力旳影响
机理：提升机件表面塑变抗力，降低表面旳有效拉应力，即可 克制材料表面疲劳裂纹旳萌生和扩展，有效提升承受弯曲与扭 转循环载荷下材料旳疲劳强度
lgda/dN-lgΔKⅠ曲线。
41
lg(da/dN)-lgΔKⅠ曲线：
I区是疲劳裂纹旳初始扩展阶段:
da/dN = 10-8～10-6 mm/周次；
从ΔKth开始，ΔKⅠ↑， da/dN迅 速提升，但ΔKⅠ范围较小，裂纹扩 展有限。
Ⅱ区是疲劳裂纹扩展旳主要阶段，占据亚稳扩展旳绝大部分，是决 定疲劳裂纹扩展寿命旳主要构成部分，da/dN = 10-5～10-2 mm/周次，
第五章 材料旳疲劳性能
§5-1疲劳破坏旳一般规律 §5-2疲劳破坏旳机理 §5-3疲劳抗力指标 §5-4影响材料及机件疲劳强度旳原因 §5-5热疲劳
1
机械零件总是处于不断运动状态
曲轴
连杆
2
第一节 疲劳破坏旳一般规律
一、疲劳破坏旳变动应力
疲劳：工件在变动载荷和应变长久作用下，因累积 损伤而引起旳断裂现象。
轴的失效形式和原因分析
轴的失效形式与特征轴是各种机械中最为普通而不可缺少的重要零件，根据使用条件的差异，轴有很大不同的类型，按其功能和所受载荷的不同，一般可分为心轴、转轴和传动轴三类。
心轴主要承受弯矩而不承受扭矩，它只能旋转零件起支撑作用，并不传递动力。
传动轴主要承受扭矩，其基本功能只传输动力，而转轴既承受弯矩又承受扭矩，它兼有支撑与传输动力的双倍功能。
由于各类轴自身的材质、结构和承载条件不同、运行环境和使用操作的差异可能发生各种不同类型的失效时有发生，失效的形式和特征也各异。
一. 疲劳断裂疲劳断裂是指轴在交变应力的作用下，经过多次反复后发生的突然断裂。
是轴类零件在其服役过程中主要的失效形式。
轴在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，反映在宏观形态上属于脆性断裂。
断口形貌有其本身的特征，在宏观形貌上可分为三个区域：图1 疲劳断裂示意图1）疲劳源区：通常是指断口上的放射源的中心点，源区表面细密光滑，多发生于轴的表面。
由于表面常存在缺口、刀痕、沟槽等缺陷，导致应力集中，从而诱发疲劳裂纹。
疲劳断口上可能只有一个疲劳裂纹源，也可能出现几个裂源。
疲劳源区有时存在疲劳台阶，这是由于不同高度的多源疲劳裂纹在其扩展过程中连接形成的。
2）疲劳扩展区：是断口上最重要的特征区域，海滩花样（贝壳花样、疲劳弧线、疲劳条带）的存在是鉴别疲劳断裂的宏观依据。
有时必须借住高倍的电子显微镜才能观察到疲劳条带。
根据弧线数量和间距可以略微地判断零件所承受交变应力幅值，弧线规律分布表示交变载荷是平稳的。
承受应力状态、工作环境以及材料性质的不同，疲劳裂纹扩展的形貌所异。
每条疲劳条带表示载荷的一次循环，条带间距离与外加载荷的应力幅值有关。
当交变载荷变化不大、零件内的残余应力很小时，往往不出现弧线或不明显，所以不是所以疲劳断口有存在疲劳条带，低周疲劳断口有时可呈现韧窝状，有时也可出现轮胎花样（图2），所以疲劳条带并不是疲劳断裂的唯一显微特征。
高频疲劳断口或腐蚀疲劳断口上的疲劳条带比较模糊，较难判断。
飞机结构疲劳与腐蚀控制考核试卷
D.盐雾
14.飞机结构疲劳裂纹的检测技术主要包括哪些？（）
A.目视检测
B.涡流检测
C.红外热成像
D.声发射检测
15.以下哪些方法可以用于预测飞机结构疲劳寿命？（）
A.实验法
B.理论计算法
C.有限元分析法
D.概率分析法
16.飞机结构疲劳与腐蚀控制中，哪些方法可以用于改善材料的性能？（）
A.热处理
五、主观题（本题共4小题，每题5分，共20分）
1.请描述飞机结构疲劳裂纹的形成和扩展过程，并列举影响疲劳寿命的主要因素。
2.飞机结构腐蚀有哪些类型？请分别阐述它们的特点及对飞机结构完整性的影响。
3.阐述飞机结构腐蚀控制的主要措施，并分析这些措施的优缺点。
4.结合实际案例，说明飞机结构疲劳与腐蚀控制的重要性，以及在进行飞机维护和检修时，如何有效地预防和控制结构疲劳与腐蚀。
19.以下哪些措施可以减少飞机结构疲劳与腐蚀的风险？（）
A.优化载荷设计
B.使用高耐腐蚀材料
C.定期进行腐蚀检测
D.避免在高腐蚀环境中使用
20.在飞机结构疲劳与腐蚀控制中，哪些因素会影响防腐蚀涂层的性能？（）
A.涂层的类型
B.涂层的厚度
C.表面处理方法
D.涂层的耐环境性能
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
2.飞机结构腐蚀类型包括均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀。均匀腐蚀导致整体材料性能下降；点蚀和缝隙腐蚀在局部形成深度腐蚀坑；晶间腐蚀影响材料的晶界，降低强度。
3.防腐蚀措施包括材料选择、表面涂层、阴极保护和结构设计优化。优点是延长结构寿命，减少维护成本；缺点是增加重量和成本，可能影响材料其他性能。
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疲劳辉纹（疲劳条带）的影响因素
疲劳条带：在光镜或电子显微镜观察疲劳断口时，可发现断口有很多细小的、相互平行的、具有规则间距的、与裂纹扩展方向垂直的显微特征条纹，称之为疲劳条带。
也有称之为疲劳辉纹或疲劳条纹的，疲劳条带是疲劳断口微观形貌特征之一。
形成原因：在多数韧性材料的第Ⅱ阶段，断口用电子显微镜可看到韧性条带而脆性材料中可看到脆性条带。
疲劳条带（辉纹）呈略弯曲并相互平行的沟槽状花样，与裂纹扩展方向垂直。
裂纹尖端的塑
性张开，钝化和闭合钝化，使裂纹向前延续扩展疲劳裂纹的形成与扩展。
影响因素：
（1）疲劳辉纹（条带）产生的必要条件
疲劳辉纹尖端必须处于张开型的平面应变状态，所以只有当疲劳断面与疲劳载荷张应力相垂直，才能产生疲劳辉纹
（2）材料性质与疲劳辉纹的关系
材料的成分组织以及机械性能诸多因素与疲劳辉纹存在与否及其形态的关系很复杂，很难以一般的规律加以说明。
大量事实证明，塑性材料形成疲劳辉纹比较容易，脆性材料则比较困难；材料的晶体结构与滑移方式对疲劳辉纹的影响也很大，如铜及铜合金的堆垛层错能低不易交错滑移，有利于疲劳辉纹的形成，体心立方的钢、铁等金属的层错能高滑移系多，易于交错滑移，就难形成疲劳辉纹;晶界和第二相质点会引起辉纹的弯曲，而改变方向。
韧性疲劳条带与脆性疲劳条带形貌
（3）环境的影响
环境的气体、温度、腐蚀性介质等因素都会在不同程度上以特殊的方式影响疲劳辉纹的有无形态。
a.有些材料在真空中与其在空气中的断口形貌有很大区别，如铝合金在空气中很容易产生疲劳辉纹，在真空中却见不到疲劳辉纹；
b.温度也是一个重要的影响因素，也会影响疲劳辉纹有无及形态；
c.在高温和腐蚀环境中会使断口发生氧化和腐蚀，结果使已形成的辉纹被破坏。
（4）应力状态的影响
a.回火脆性和无回火脆性的同一种钢的疲劳断口，发现无回火脆性的试样平均应力较低时，疲劳断口均呈可辨的塑性疲劳辉纹；
b.如果平均应力较高时则出现静载断裂特征的韧窝花样，降低裂纹扩展速率，则出现沿晶断裂花样；
c.有回火脆性的试样，端口上除有疲劳辉纹外，还出现沿奥氏体晶粒的脆性沿晶断裂。
总结：
材料性质、环境因素、应力状态都对疲劳辉纹有重大的影响，而他们之间又是可以相互联系和作用，他们的任意组合都都有可能产生一种新的疲劳辉纹特征，这需要大量的实验与研究工作。
专业：材料加工工程
姓名：常欢
学号：01201308051014。