1、關(guān)于拉伸力-伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的問(wèn)題

 

低碳鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線

 

a、拉伸過(guò)程的變形：

 

彈性變形，屈服變形，加工硬化（均勻塑性變形），不均勻集中塑性變形。

 

b、相關(guān)公式：

 

工程應(yīng)力 σ=F/A₀ ；工程應(yīng)變ε=ΔL/L₀；比例極限σ_P；彈性極限σ_ε；屈服點(diǎn)σ_S；抗拉強(qiáng)度σ_b；斷裂強(qiáng)度σ_k。

真應(yīng)變 e=ln(L/L₀)=ln(1+ε) ；真應(yīng)力 s=σ(1+ε)= σ*e^ε 指數(shù)e為真應(yīng)變。

 

c、相關(guān)理論：

 

真應(yīng)變總是小于工程應(yīng)變，且變形量越大，二者差距越大；真應(yīng)力大于工程應(yīng)力。

彈性變形階段，真應(yīng)力—真應(yīng)變曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線基本吻合；塑性變形階段兩者出線顯著差異。

 

2、關(guān)于彈性變形的問(wèn)題

 

a、相關(guān)概念

 

彈性：表征材料彈性變形的能力

剛度：表征材料彈性變形的抗力

彈性模量：反映彈性變形應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系的常數(shù)， E=σ/ε ；工程上也稱剛度，表征材料對(duì)彈性變形的抗力。

彈性比功：稱彈性比能或應(yīng)變比能，是材料在彈性變形過(guò)程中吸收變形功的能力，評(píng)價(jià)材料彈性的好壞。

包申格效應(yīng)：金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象。

滯彈性：（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能。

彈性滯后環(huán)：非理想彈性的情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線。

金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環(huán)韌性，也叫內(nèi)耗

 

b、相關(guān)理論：

 

彈性變形都是可逆的。

理想彈性變形具有單值性、可逆性，瞬時(shí)性。但由于實(shí)際金屬為多晶體并存在各種缺陷，彈性變形時(shí)，并不是完整的。

彈性變形本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子或離子或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆變形的反映

單晶體和多晶體金屬的彈性模量，主要取決于金屬原子本性和晶體類型。

包申格效應(yīng)；滯彈性；偽彈性；粘彈性。

包申格效應(yīng)消除方法：預(yù)先大塑性變形，回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火。

循環(huán)韌性表示材料的消震能力。

 

3、關(guān)于塑形變形的問(wèn)題

 

a、相關(guān)概念

 

滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素）；滑移面——受溫度、成分和變形的影響；滑移方向——比較穩(wěn)定

孿生：fcc、bcc、hcp都能以孿生產(chǎn)生塑性變形；一般在低溫、高速條件下發(fā)生；變形量小，調(diào)整滑移面的方向

屈服現(xiàn)象：退火、正火、調(diào)質(zhì)的中、低碳鋼和低合金鋼比較常見(jiàn)，分為不連續(xù)屈服和連續(xù)屈服；

屈服點(diǎn)：材料在拉伸屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，σs；

上屈服點(diǎn)：試樣發(fā)生屈服力首次下降前的最大應(yīng)力值，σsu；

下屈服點(diǎn)：試樣屈服階段中最小應(yīng)力，σsl；

 

屈服平臺(tái)（屈服齒）：屈服伸長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的水平線段或者曲折線段；

呂德斯帶：不均勻變形；對(duì)于沖壓件，不容許出現(xiàn)，防止產(chǎn)生褶皺。

屈服強(qiáng)度：表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力

連續(xù)屈服曲線的屈服強(qiáng)度：用規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力

（1）規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp：

（2）規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr：試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力；殘余伸長(zhǎng)的百分比為0.2%時(shí)，記為σr0.2

（3）規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力σt：試樣標(biāo)距部分的總伸長(zhǎng)（彈性伸長(zhǎng)加塑性伸長(zhǎng)）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。

晶格阻力（派納力）；位錯(cuò)交互作用阻力

Hollomon公式： S=Keⁿ ，S為真應(yīng)力，e為真應(yīng)變；n—硬化指數(shù)0.1~0.5，n=1,完全理想彈性體，n=0，沒(méi)有硬化能力；K——硬化系數(shù)

縮頸是：韌性金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象。

抗拉強(qiáng)度：韌性金屬試樣拉斷過(guò)程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。代表金屬材料所能承受的最大拉伸應(yīng)力，表征金屬材料對(duì)最大均勻塑性變形的抗力。與應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變硬化系數(shù)有關(guān)。等于最大拉應(yīng)力比上原始橫截面積。

塑性是指金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。

 

b、相關(guān)理論

 

常見(jiàn)的塑性變形方式：滑移，孿生，晶界的滑動(dòng)，擴(kuò)散性蠕變。

塑性變形的特點(diǎn)：各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性（取向不同；各晶粒力學(xué)性能的差異）；各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性（金屬是一個(gè)連續(xù)的整體，多系滑移；Von Mises 至少5個(gè)獨(dú)立的滑移系）。

硬化指數(shù)的測(cè)定：①試驗(yàn)方法；②作圖法lgS=lgK+nlge

硬化指數(shù)的影響因素：與層錯(cuò)能有關(guān),層錯(cuò)能下降，硬化指數(shù)升高；對(duì)金屬材料的冷熱變形也十分敏感；與應(yīng)變硬化速率并不相等。

縮頸的判據(jù)（失穩(wěn)臨界條件）拉伸失穩(wěn)或縮頸的判據(jù)應(yīng)為dF=0

兩個(gè)塑性指標(biāo)：斷后伸長(zhǎng)率δ=(L₁-L₀)/L_O*100%；

斷后收縮率：ψ=(A₀-A₁)/A₀*100%

ψ>δ，形成為縮頸

ψ=δ或ψ<δ，不形成縮頸

 

4、關(guān)于金屬的韌度斷裂問(wèn)題

 

a、相關(guān)概念

 

韌性：斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力

韌度：?jiǎn)挝惑w積材料斷裂前所吸收的功

韌性斷裂：裂紋緩慢擴(kuò)展過(guò)程中消耗能量；斷裂最先發(fā)生在纖維區(qū)，然后快速擴(kuò)展形成放射最后斷裂形成剪切唇，放射區(qū)在裂紋快速擴(kuò)展過(guò)程中形成，一般放射區(qū)匯聚方向指向裂紋源。

脆性斷裂：基本不產(chǎn)生塑性變形，危害性大。低應(yīng)力脆斷，工作應(yīng)力很低，一般低于屈服極限；脆斷裂紋總是從內(nèi)部的宏觀缺陷處開(kāi)始；溫度降低，應(yīng)變速度增加，脆斷傾向增加。

穿晶斷裂：裂紋穿過(guò)晶內(nèi)，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂，斷口明亮。

沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴(kuò)展，都是脆性斷裂，由晶界處的脆性第二相等造成，斷口相對(duì)灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發(fā)生。高溫下，多由穿晶斷裂轉(zhuǎn)為沿晶韌性斷裂。

沿晶斷裂斷口：斷口冰糖狀；若晶粒細(xì)小，斷口呈晶粒狀。

剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。（滑斷、微孔聚集型斷裂）

解理斷裂：材料在正應(yīng)力作用下，由于原于間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。

金屬的強(qiáng)度就是指金屬材料原子間結(jié)合力的大小，一般說(shuō)金屬熔點(diǎn)高，彈性模量大，熱膨脹系數(shù)小則其原子間結(jié)合力大，斷裂強(qiáng)度高。斷裂的實(shí)質(zhì)就是外力作用下材料沿某個(gè)原子面分開(kāi)的過(guò)程。

格里菲思理論：從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，凡是使能量減低的過(guò)程都將自發(fā)進(jìn)行，凡使能量升高的過(guò)程必將停止，除非外界提供能量。Griffth指出，由于裂紋存在，系統(tǒng)彈性能降低，與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加，裂紋就會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展，引起脆性破壞。

 

b、相關(guān)理論

 

斷裂三種主要的失效形式：磨損、腐蝕、斷裂

多數(shù)金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴(kuò)展兩個(gè)階段。

按斷裂的性態(tài)：韌性斷裂和脆性斷裂；按裂紋擴(kuò)展路徑：穿晶斷裂和沿晶斷裂；按斷裂機(jī)制：解理斷裂和剪切斷裂

韌性斷裂和脆性斷裂：根據(jù)材料斷裂前產(chǎn)生的宏觀塑性變形量的大小來(lái)確定。通常脆性斷裂也會(huì)發(fā)生微量的塑性變形，一般規(guī)定斷面收縮率小于5％則為脆性斷裂。反之大于5％的為韌性斷裂。

脆性斷口平齊而光亮，與正應(yīng)力垂直，斷口常呈人字紋或放射花樣。

解理斷裂是沿特定的晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂，通常總沿一定的晶面分離。

解理斷裂總是脆性斷裂，但脆性斷裂不一定是解理斷裂。

常見(jiàn)的裂紋形成理論：①位錯(cuò)塞積理論 ②位錯(cuò)反應(yīng)理論

 

解理與準(zhǔn)解理

共同點(diǎn)：穿晶斷裂；有小解理刻面；臺(tái)階及河流花樣

不同點(diǎn)：①準(zhǔn)解理小刻面不是晶體學(xué)解理面②解理裂紋常源于晶界，準(zhǔn)解理裂紋常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)。準(zhǔn)解理不是一種獨(dú)立的斷裂機(jī)理，而是解理斷裂的變種。

格雷菲斯理論是根據(jù)熱力學(xué)原理得出的斷裂發(fā)生的必要條件，但并不意味著事實(shí)上一定斷裂。裂紋自動(dòng)擴(kuò)展的充分條件是尖端應(yīng)力等于或大于理論斷裂強(qiáng)度。

 

5、關(guān)于硬度的問(wèn)題

 

a、硬度概念

 

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)。

 

b、硬度試驗(yàn)方法:

 

劃痕法——表征金屬切斷強(qiáng)度

回跳法——表征金屬?gòu)椥宰冃喂?/p>

壓入法——表征塑性變形抗力及應(yīng)變硬化能力

 

布氏硬度

壓頭：淬火鋼球（HBS），硬質(zhì)合金球（HBW）

載荷：3000Kg 硬質(zhì)合金，500Kg 軟質(zhì)材料

保載時(shí)間：10-15s 黑色金屬，30s 有色金屬

壓痕相似原理

只用一種標(biāo)準(zhǔn)的載荷和鋼球直徑,不能同時(shí)適應(yīng)硬的材料或者軟的材料。為保證不同載荷和直徑測(cè)量的 硬度值之間可比，壓痕必須滿足幾何相似。

布氏硬度表示方法：600HBW1/30/20

①度值，②符號(hào)HBW，③球直徑，④試驗(yàn)力(1kgf=9.80665N)，⑤試驗(yàn)力保持時(shí)間

布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：壓頭直徑較大→壓痕面積較大→硬度值可反映金屬在較大范圍內(nèi)各組成相的平均性能，不受個(gè)別組成 相及微小不均勻性的影響。

缺點(diǎn)：對(duì)不同材料需更換壓頭直徑和改變?cè)囼?yàn)力，壓痕測(cè)量麻煩，自動(dòng)檢測(cè)受到限制；壓痕較大時(shí)不宜在成品上試驗(yàn)

 

洛氏硬度

以測(cè)量壓痕深度表示材料硬度值。

壓頭有兩種：α＝120°的金剛石圓錐體，一定直徑的淬火鋼球。

洛氏硬度試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、迅速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上試驗(yàn)；用不同標(biāo)尺可測(cè)定軟硬不同和厚薄不一的試樣。

缺點(diǎn)：壓痕較小，代表性差；材料若有偏析及組織不均勻等缺陷，測(cè)試值重復(fù)性差，分散度大；用不同標(biāo)尺測(cè)得的硬度值沒(méi)有聯(lián)系，不能直接比較。

 

維氏硬度

原理與布氏硬度試驗(yàn)相同，根據(jù)單位面積所承受的試驗(yàn)力計(jì)算硬度值。不同的是維氏硬度的壓頭是兩個(gè)相對(duì)面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。

 

努氏硬度

與維氏硬度的區(qū)別1）壓頭形狀不同；2）硬度值不是試驗(yàn)力除以壓痕表面積，而是除以壓痕投影面積

 

肖氏硬度

一種動(dòng)載荷試驗(yàn)法，原理是將一定質(zhì)量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據(jù)重錘回跳的高度來(lái)表征金屬硬度值大小，也稱回跳硬度。用HS表示。

 

里氏硬度

動(dòng)載荷試驗(yàn)法，用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。用HL表示。

 

6、關(guān)于金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能

 

a、相關(guān)概念

 

沖擊韌性：指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功AK表示。

沖擊測(cè)量參數(shù)：測(cè)量沖擊脆斷后的沖擊吸收功（AkU或AKV），沖擊吸收功并不能真正反映材料的韌脆程度（沖擊吸收功并非完全用于試樣變形和破壞）

低溫脆性:體心立方或某些密排六方晶體金屬及合金，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk或溫度區(qū)間時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。tk或溫度區(qū)間稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，又稱冷脆轉(zhuǎn)變溫度。

 

b、相關(guān)理論

 

韌脆的評(píng)價(jià)方法：材料的缺口沖擊彎曲試驗(yàn)，材料的沖擊韌性

韌脆的影響因素：溫度（低溫脆性）；應(yīng)力狀態(tài)（三向拉應(yīng)力狀態(tài)）；變形速度的影響（沖擊脆斷）

低溫脆性的本質(zhì)：低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加的結(jié)果。屈服強(qiáng)度σs的隨溫度降低而升高，而斷裂強(qiáng)度σc隨溫度變化很小。

t>tk ,σc >σs ,先屈服再斷裂；t<tk ,σc <σs ,脆性斷裂

韌脆轉(zhuǎn)變溫度是金屬材料的韌性指標(biāo)，它反映了溫度對(duì)韌脆性的影響。

影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度的冶金因素：

晶體結(jié)構(gòu)：體心立方金屬及其合金存在低溫脆性。普通中、低強(qiáng)度鋼的基體是體心立方點(diǎn)陣的鐵素體，故這類鋼 有明顯的低溫脆性。

化學(xué)成分：間隙溶質(zhì)元素溶入鐵素體基體中，偏聚于 位錯(cuò)線附近，阻礙位 錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，致σs升高， 鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。

顯微組織：晶粒大小，細(xì)化晶粒使材料韌性增加；減小亞晶和胞狀結(jié)構(gòu)尺寸也能提高韌性。

細(xì)化晶粒提高韌性的原因：晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界前塞積的位錯(cuò)數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；晶界總面積 增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿 晶脆性斷裂。

金相組織

 

7、關(guān)于金屬疲勞的問(wèn)題

 

a、金屬疲勞現(xiàn)象

 

疲勞：金屬機(jī)件在變動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，由于積累損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。

疲勞的破壞過(guò)程是材料內(nèi)部薄弱區(qū)域的組織在變動(dòng)應(yīng)力作用下，逐漸發(fā)生變化和損傷累積、開(kāi)裂，當(dāng)裂紋擴(kuò)展達(dá)到一定程度后發(fā)生突然斷裂的過(guò)程，是一個(gè)從局部區(qū)域開(kāi)始的損傷累積，最終引起整體破壞的過(guò)程。

循環(huán)應(yīng)力的波形：正弦波、矩形波和三角波等。

表征應(yīng)力循環(huán)特征的參量有：

最大循環(huán)應(yīng)力σmax，最小循環(huán)應(yīng)力σmin；平均應(yīng)力:σm=(σmax+σmin)/2；應(yīng)力幅或應(yīng)力范圍:σa=(σmax-σmin)/2；應(yīng)力比:r=σmin/σmax

疲勞按應(yīng)力狀態(tài)分：彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、拉壓疲勞、接觸疲勞及復(fù)合疲勞；

疲勞按環(huán)境和接觸情況分：大氣疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞及接觸疲勞等。

疲勞按應(yīng)力高低和斷裂壽命分：高周疲勞和低周疲勞。

 

b、金屬疲勞特點(diǎn)

 

疲勞的特點(diǎn)：該破壞是一種潛藏的突發(fā)性破壞，在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料在疲勞破壞前均不會(huì)發(fā)生明顯的塑性變形，呈脆性斷裂。

疲勞對(duì)缺口、裂紋及組織等缺陷十分敏感，即對(duì)缺陷具有高度的選擇性。因?yàn)槿笨诨蛄鸭y會(huì)引起應(yīng)力集中，加大對(duì)材料的損傷作用；組織缺陷(夾雜、疏松、白點(diǎn)、脫碳等)，將降低材料的局部強(qiáng)度，二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發(fā)展。

 

c、金屬疲勞宏觀斷口

 

疲勞宏觀斷口的特征：疲勞斷裂經(jīng)歷了裂紋萌生和擴(kuò)展過(guò)程。由于應(yīng)力水平較低，因此具有較明顯的裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展階段，相應(yīng)的斷口上也顯示出疲勞源、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)與瞬時(shí)斷裂區(qū)的特征。

 

疲勞源：是疲勞裂紋萌生的策源地。

位置：多出現(xiàn)在機(jī)件表面，常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連。但若材料內(nèi)部存在嚴(yán)重冶金缺陷(夾雜、縮孔、伯析、白點(diǎn)等)，也會(huì)因局部材料強(qiáng)度降低而在機(jī)件內(nèi)部引發(fā)出疲勞源。

特點(diǎn)：因疲勞源區(qū)裂紋表面受反復(fù)擠壓，摩擦次數(shù)多，疲勞源區(qū)比較光亮，而且因加工硬化，該區(qū)表面硬度會(huì)有所提高。

數(shù)量：機(jī)件疲勞破壞的疲勞源可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，它與機(jī)件的應(yīng)力狀態(tài)及過(guò)載程度有關(guān)。如單向彎曲疲勞僅產(chǎn)生一個(gè)源區(qū)，雙向反復(fù)彎曲可出現(xiàn)兩個(gè)疲勞源。過(guò)載程度愈高，名義應(yīng)力越大，出現(xiàn)疲勞源的數(shù)目就越多。

產(chǎn)生順序：若斷口中同時(shí)存在幾個(gè)疲勞源，可根據(jù)每個(gè)疲勞區(qū)大小、源區(qū)的光亮程度確定各疲勞源產(chǎn)生的先后，源區(qū)越光亮，相連的疲勞區(qū)越大，就越先產(chǎn)生；反之，產(chǎn)生的就晚。

 

疲勞區(qū)是疲勞裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域。

宏觀特征：斷口較光滑并分布有貝紋線(或海灘花樣)，有時(shí)還有裂紋擴(kuò)展臺(tái)階。

斷口光滑是疲勞源區(qū)的延續(xù)，其程度隨裂紋向前擴(kuò)展逐漸減弱，反映裂紋擴(kuò)展快饅、擠壓摩擦程度上的差異。

貝紋線——疲勞區(qū)的最典型特征：產(chǎn)生原因:一般認(rèn)為是因載荷變動(dòng)引起的，因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)常有啟動(dòng)、停歇、偶然過(guò)載等，均要在裂紋擴(kuò)展前沿線留下弧狀貝紋線痕跡。

形貌特點(diǎn)：疲勞區(qū)的每組貝紋線好像一簇以疲勞源為圓心的平行弧線，凹側(cè)指向疲勞源，凸側(cè)指向裂紋擴(kuò)展方向。近疲勞源區(qū)貝紋線較細(xì)密，表明裂紋擴(kuò)展較慢；遠(yuǎn)離疲勞源區(qū)貝紋線較稀疏、粗糙，表明此段裂紋擴(kuò)展較快。

影響因素:貝紋區(qū)的總范圍與過(guò)載程度及材料的性質(zhì)有關(guān)。若機(jī)件名義應(yīng)力較高或材料韌性較差，則疲勞區(qū)范圍較小，貝紋線不明顯；反之，低名義應(yīng)力或高韌性材科，疲勞區(qū)范圍較大，貝紋線粗且明顯。貝紋線的形狀則由裂紋前沿線各點(diǎn)的擴(kuò)展速度、載荷類型、過(guò)載程度及應(yīng)力集中等決定。

 

瞬斷區(qū)是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展形成的區(qū)域。在疲勞亞臨界擴(kuò)展階段，隨應(yīng)力循環(huán)增加，裂紋不斷增長(zhǎng)，當(dāng)增加到臨界尺寸ac時(shí)，裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子KI達(dá)到材料斷裂韌性KIc(Kc)時(shí)。裂紋就失穩(wěn)快速擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件瞬時(shí)斷裂。

瞬斷區(qū)的斷口比疲勞區(qū)粗糙，宏觀特征如同靜載，隨材料性質(zhì)而變。

脆性材料斷口呈結(jié)晶狀；

韌性材料斷口，在心部平面應(yīng)變區(qū)呈放射狀或人字紋狀，邊緣平面應(yīng)力區(qū)則有剪切唇區(qū)存在。

位置：瞬斷區(qū)一般應(yīng)在疲勞源對(duì)側(cè)。但對(duì)旋轉(zhuǎn)彎曲來(lái)說(shuō)，低名義應(yīng)力時(shí)，瞬斷區(qū)位置逆旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)一角度；高名義應(yīng)力時(shí)，多個(gè)疲勞源同時(shí)從表面向內(nèi)擴(kuò)展，使瞬斷區(qū)移向中心位置。

大?。核矓鄥^(qū)大小與機(jī)件承受名義應(yīng)力及材料性質(zhì)有關(guān)，高名義應(yīng)力或低韌性材科，瞬斷區(qū)大；反之。瞬斷區(qū)則小。

 

d、疲勞曲線及基本疲勞力學(xué)性能

 

疲勞曲線：疲勞應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系曲線，即S－N曲線。

用途：它是確定疲勞極限、建立疲勞應(yīng)力判據(jù)的基礎(chǔ)。

有水平段（碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、球鐵等）：經(jīng)過(guò)無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)也不發(fā)生疲勞斷裂，將對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為疲勞極限，記為σ-1（對(duì)稱循環(huán)）

無(wú)水平段（鋁合金、不銹鋼、高強(qiáng)度鋼等）：只是隨應(yīng)力降低，循環(huán)周次不斷增大。此時(shí)，根據(jù)材料的使用要求規(guī)定某一循環(huán)周次下不發(fā)生斷裂的應(yīng)力作為條件疲勞極限。

疲勞曲線的測(cè)定——升降法測(cè)定疲勞極限

 

d、疲勞過(guò)程及機(jī)理

 

疲勞過(guò)程：裂紋萌生、亞穩(wěn)擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展三個(gè)過(guò)程。

疲勞壽命Nf＝萌生期N0＋亞穩(wěn)擴(kuò)展期Np

金屬材料的疲勞過(guò)程也是裂紋萌生相擴(kuò)展的過(guò)程。

裂紋萌生往往在材料薄弱區(qū)或高應(yīng)力區(qū)，通過(guò)不均勻滑移、微裂紋形成及長(zhǎng)大而完成。

疲勞微裂紋常由不均勻滑移和顯微開(kāi)裂引起。主要方式有：表面滑移帶開(kāi)裂；第二相、夾雜物與基體界面或夾雜物本身開(kāi)裂；晶界或亞晶界處開(kāi)裂。

 

e、如何提高疲勞強(qiáng)度

 

如何提高疲勞強(qiáng)度——滑移帶開(kāi)裂產(chǎn)生裂紋角度

從滑移開(kāi)裂產(chǎn)生疲勞裂紋形成機(jī)理看，只要能提高材料滑移抗力（固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等），均可阻止疲勞裂紋萌生，提高疲勞強(qiáng)度。

如何提高疲勞強(qiáng)度——相界面開(kāi)裂產(chǎn)生裂紋角度

從第二相或夾雜物可引發(fā)疲勞裂紋的機(jī)理來(lái)看，只要能降低第二相或夾雜物脆性，提高相界面強(qiáng)度，控制第二相或夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、大小和分布、使之“少、圓、小、勻”，均可抑制或延緩疲勞裂紋在第二相或夾雜物附近萌生，提高疲勞強(qiáng)度。

如何提高疲勞強(qiáng)度——晶界開(kāi)裂產(chǎn)生裂紋

從晶界萌生裂紋來(lái)看，凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素，如晶界有低熔點(diǎn)夾雜物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氫及晶粒粗化等，均易產(chǎn)生晶界裂紋、降低疲勞強(qiáng)度；反之，凡使晶界強(qiáng)化、凈化和細(xì)化晶粒的因素，均能抑制晶界裂紋形成，提高疲勞強(qiáng)度。

 

f、影響疲勞強(qiáng)度的主要因素

 

表面狀態(tài)的影響：應(yīng)力集中——機(jī)件表面缺口因應(yīng)力集中往往是疲勞策源地，引起疲勞斷裂，可用Kf與qf表征缺口應(yīng)力集中對(duì)材料疲勞強(qiáng)度的影響。Kf與qf越大，材料的疲勞強(qiáng)度就降得越低。且這種影響隨材料強(qiáng)度的增高，更加顯著。

表面粗糙度——表面粗糙度越低，材料的疲勞極限越高；表面粗糙度越高，疲勞極限越低。材料強(qiáng)度越高，表面粗糙度對(duì)疲勞極限的影響越顯著。

殘余應(yīng)力及表面強(qiáng)化的影響：殘余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度；殘余拉應(yīng)力降低疲勞強(qiáng)度。殘余壓應(yīng)力的影響與外加應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，不同應(yīng)力狀態(tài)，機(jī)件表面層的應(yīng)力梯度不同。彎曲疲勞時(shí),效果比扭轉(zhuǎn)疲勞大；拉壓疲勞時(shí)，影響較小。殘余壓應(yīng)力顯著提高有缺口機(jī)件的疲勞強(qiáng)度，殘余應(yīng)力可在缺口處集中，能有效地降低缺口根部的拉應(yīng)力峰值。殘余壓應(yīng)力的大小、深度、分布以及是否發(fā)生松弛都會(huì)影響疲勞強(qiáng)度。

表面強(qiáng)化的影響——表面強(qiáng)化可在機(jī)件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，同時(shí)提高強(qiáng)度和硬度。兩方面的作用都會(huì)提高疲勞強(qiáng)度。（方法：噴丸、滾壓、表面淬火、表面化學(xué)熱處理）硬度由高到低的順序：滲氮→滲碳→感應(yīng)加熱淬火；強(qiáng)化層深度由高到低順序：表面淬火→滲碳→滲氮。

材料成分及組織的影響：疲勞強(qiáng)度是對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)敏感的力學(xué)性能。合金成分、顯微組織、非金屬夾雜物及冶金缺陷

 

g、低周疲勞

 

低周疲勞：金屬在循環(huán)載荷作用下，疲勞壽命為102～105次的疲勞斷裂。

循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象與位錯(cuò)循環(huán)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

在一些退火軟金屬中，在恒應(yīng)變幅的循環(huán)載荷下，由于位錯(cuò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和交互作用，產(chǎn)生了阻礙位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的阻力，從而產(chǎn)生循環(huán)硬化。

在冷加工后的金屬中，充滿位錯(cuò)纏結(jié)和障礙，這些障礙在循環(huán)加載中被破壞；或在一些沉淀強(qiáng)化不穩(wěn)定的合金中。由于沉淀結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載中校破壞均可導(dǎo)致循環(huán)軟化。

熱疲勞：機(jī)件在由溫度循環(huán)變化時(shí)產(chǎn)生的循環(huán)熱應(yīng)力及熱應(yīng)變作用下發(fā)生的疲勞。

熱機(jī)械疲勞：溫度循環(huán)和機(jī)械應(yīng)力循環(huán)疊加所引起的疲勞。

產(chǎn)生熱應(yīng)力的兩個(gè)條件：①溫度變化②機(jī)械約束

沖擊疲勞：沖擊次數(shù)N>105次時(shí)，破壞后具有典型的疲勞斷口，即為沖擊疲勞。

 

來(lái)源：嘉峪檢測(cè)網(wǎng)