16、轮盘连接高强度螺栓疲劳强度校核 说明： 轮盘在设备的设计使用寿命期限内，始终处于受压状态，其三根弦杆承受压力作用，轮盘的整体弯矩由内、外弦杆的压力调幅来平衡，弦杆法兰连接的高强度螺栓承受的、由单独弦杆的弯矩引起的交变力很小。 由于法兰结合面的载荷全部为压力载荷，故螺栓的工作应力都小于其预紧力，故螺栓的拉力载荷总在预紧力一下某一范围波动。对螺栓而言，保证法兰结合面不松开，其压力载荷越大，螺栓残余预紧力就越小，螺栓的拉力就越小。本文的计算模型转变为较小圆角过度的阶梯轴拉伸（如图一），校核过渡截面的疲劳应力。 观览车的运行速度很慢，每周循环的时间为20分钟，考虑50年的使用寿命期，每年300天，每天工作8小时，共运行300000次循环，选小于结构钢S-N曲线的转折点的循环次数，且本文的计算载荷为正常满载+15m/s风载的载荷情况，故计算结果有一定的保守性。 疲劳设计方法是一门以试验为基础的设计方法，本计算选取的疲劳性能数据选自国内公开的《机械设计手册》数据。 图一：计算模型
附：螺栓无限寿命校核说明书 一、螺栓参数和预紧力： 螺栓直径：M30x160 性能等级：10.9级 过渡圆角：r=0.5mm 螺栓材料的破断强度：1000MPa 螺栓副连接的相对刚度：m b b C C C +=0.25 选用的单个螺栓预紧力矩：Nm T 1600= 则预紧力：kN N d T Q p 2671067.2030 .02.016002.05=?=?== 二、螺栓组载荷： 主管法兰圆周应力分布及载荷谱： 530*30螺栓组主管件轴力， 六点方位N=-4729kN ，七点半N=-4487kN ，九点N=-3785kN ，十点半N=-3181kN ，十一点N=-2961kN ，十二点N=-2300kN ，一点N=-2960kN ，一点半N=-3253kN ，三点N=-3891kN ，四点半N=-4552kN 。 最大压力：kN F a 4729-= 换算到单个螺栓的最大压力载荷：kN F F a 39412/472912/-=-== 螺栓最小拉力：kN F F C C C Q Q m b b p 1680.25267min =+=++ = 最小压力：kN F a 2300-=
强度理论在加工硬化中的应用 强度理论在锻压方向的主要应用是加工硬化 加工硬化的机理： （1）三种单晶体金属的应力应变情况 1，面心立方金属形变强化能力远大于其他金属。2，随着应变增大，面心立方金属经历弱的变形强化阶段后，发生强的形变强化，随后形变强化能力减弱。3，体心立方的金属和密排六方金属初始弱形变强化阶段长度大于面心立方金属。
金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表 加工硬化 示。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削力等。但有利的一面是，它可提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等，就是利用冷加工变形来提高其强度
和弹性极限。又如坦克和拖拉机的履带、破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬化来提高其硬度和耐磨性的。 以低碳钢拉伸的应力－应变(σ-ε)图为例（见图）。当载荷超过屈服阶段cе后,进入强化阶段еg,到某点k卸载时,应力不沿加载路线ocdеk 返回，而是沿着基本平行于oɑ的直线ko1下降,产生塑性变形oo1。再加载时,应力沿o1k上升,过k点后继续产生塑性变形,此时屈服极限已由σS提高到。如此反复作用,每循环一次都产生一次新的塑性变形，并提高强度指标。但随着循环次数的增加，加工硬化逐渐趋于稳定。这种加工硬化现象可解释为：在塑性变形时晶粒产生滑移，滑移面和其附近的晶格扭曲，使晶粒伸长和破碎，金属内部产生残余应力等，因而继续塑性变形就变得困难，引起加工硬化。这种现象受到构成金属基体的元素性质、点阵类型、变形温度、变形速度和变形程度等因素影响。加工硬化可由真正应力-应变曲线来描述。 编辑本段在机械工程中的作用 ①经过冷拉、滚压和喷丸（见表面强化）等工艺，能显著提高金属材料、零件和构件的表面强度； 加工硬化 ②零件受力后，某些部位局部应力常超过材料的屈服极限，引起塑性变形，由于加工硬化限制了塑性变形的继续发展，可提高零件和构件的安全度； ③金属零件或构件在冲压时，其塑性变形处伴随着强化，使变形转移到其周围未加工硬化部分。经过这样反复交替作用可得到截面变形均匀一致的冷冲压件； ④可以改进低碳钢的切削性能，使切屑易于分离。但加工硬化也给金属件进一步加工带来困难。如冷拉钢丝，由于加工硬化使进一步拉拔耗能大，甚至被拉断，因此必须经中间退火，消除加工硬化后再拉拔。又如在切削加工中为使工件表层脆而硬，再切削时增加切削力，加速刀具磨损等。
案例上海市高级人民法院审理的"中国技术进出口总公司诉瑞士工业资源公司"案 原告中国技术进出口总公司（以下简称中技公司）受浙江省温州市金属材料公司的委托，于1984年12月28日与美国旭日公司签订了一份购买9000吨钢材的合同。之后，旭日公司因无力履约，请求中技公司同意将卖方变更为瑞士工业资源公司（以下简称瑞士资源公司）。瑞士资源公司于1985年3月14日向中技公司发出电传："货物已在装船港备妥待运"，"装船日期为1985年3月31日"，并要求中技公司"将信用证开给挪威信贷银行（在卢森堡），以瑞士工业资源公司为受益人"。同年3月26日，瑞士资源公司又向原告发出电传："所供钢材可能由我们的意大利生产厂或西班牙生产厂交货"，并告知了钢材的价格、交货日期等。1985年4月1日，瑞士资源公司的法定代表人考赫授权旭日开发公司董事长孙道隆，由其代表瑞士资源公司与中技公司在原合同的基础上签订了《合同修改协议书》，约定将钢材的数量由原定的9000吨增至9180吨，价款为229.5万美元不变，瑞士资源公司应在接到信用证后两周内装船待运。 1985年4月19日，中技公司通知中国银行上海分行开出了以瑞士资源公司为受益人、金额为229.5万美元的不可撤销的信用证。信用证载明：钢材"从意大利拉斯佩扎装运至温州，最迟期限为1985年5月5日，不允许分批装运，不允许转船运输"，"受益人必须保证所发的每件货物都与合同中的约定完全一致。"随后，瑞士资源公司将全套单据通过银行提交中技公司。提单签发日期为1985年5月4日，载明装运人为瑞士资源公司，并由其在提单上背书。由瑞士资源公司开具的销货发票载明，钢材数量为9161吨，货款为2290250美元。同年6月1日，中国银行上海分行将上述货款汇付瑞士资源公司。此后，原告因未收到上述钢材，从1985年7月起连续十余次以电传、函件向瑞士资源公司催询和交涉。但瑞士资源公司拒不答复，或以种种托词进行搪塞。经原告一再催促，瑞士资源公司才于9月5日回电称："中国港口拥挤，船舶将改变航线"，"最迟抵达日期预计为1985年10月20日。"届时，原告仍未收到钢材，遂去电指责被告（瑞士资源公司）的欺诈行为，并声言要"将此事公诸于众"。被告于同年10月30日致电原告，全盘推卸自己作为合同卖方和货款受益人的责任。为此，原告遂于1986年3月24日向上海市中级人民法院提起诉讼，要求被告返还货款2290252美元，赔偿银行货款利息951032.66美元，经营损失2048033.16美元，其他费用（包括律师费、调查费、佣金费等）301928.39美元，合计5591244.21美元，并申请诉讼保全。 上海市中级人民法院受理案件后，准许了原告的诉讼保全措施，裁定冻结被告在中国银行上海分行的托收货款4408249美元，查封了上述托收项下的全套单据。后经审理查明，被告在意大利和西班牙既无钢厂，也无钢材；其向原告提交的意大利卡里奥托钢厂的钢材质量检验证书、重量证书和装箱单均系伪造的。以被告以托运人并经其背书的提单上载明的装运船"阿基罗拉"号，于1985年内并未在该提单所载明的装运港意大利拉斯佩扎停泊过，从而证明被告并未将钢材托运装船，所提交的提单也是伪造的。被告在答复原告催问的电函中所称"中国港口拥挤"和"船舶将改变航线"的情况也纯属虚构。因此，上海市中级人民法院依法作出判决：瑞士资源公司应偿还中技公司钢材货款2290250美元；并赔偿钢材货款的银行货款利息873784.58美元，经营损失1943588.25美元，国外公证和认证费、国内律师费29045.77美元，共计5136668.6美元。诉讼费13311美元，原告承担1082.18美元，被告承担12228.82美元。 瑞士资源公司不服一审判决，向上海市高级人民法院上诉称：双方签订的购销钢材合同中有仲裁条款，原审法院对本案无管辖权；原审法院裁定准许诉讼保全，冻结上诉人与本案无关的货款不当；上诉人被诉有欺诈行为并无事实依据；被上诉人在不同的法院对上诉人提出重复的诉讼不当；根据《中华人民共和国涉外经济合同法》的规定，禁止间接损失，
各类材料失效分析方法 Via 常州精密钢管博客 失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。 失效分析流程 图1 失效分析流程 各种材料失效分析检测方法 1 PCB/PCBA失效分析 PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。
图2 PCB/PCBA 失效模爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。 常用手段· 无损检测： 外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM检测，红外热成像表面元素分析： 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 显微红外分析(FTIR) 俄歇电子能谱分析(AES) X射线光电子能谱分析(X PS) 二次离子质谱分析(TOF-SIMS)· 热分析：· 差示扫描量热法(DSC) 热机械分析(TMA) 热重分析(TGA) 动态热机械分析(DMA) 导热系数(稳态热流法、激光散射法) 电性能测试： · 击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移· 破坏性能测试： 染色及渗透检测
2 电子元器件失效分析 电子元器件技术的快速发展和可靠性的提高奠定了现代电子装备的基础，元器件可靠性工作的根本任务是提高元器件的可靠性。 图3 电子元器件 失效模式 开路，短路，漏电，功能失效，电参数漂移，非稳定失效等 常用手段· 电测：连接性测试电参数测试功能测试 无损检测： 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 制样技术： 开封技术(机械开封、化学开封、激光开封) 去钝化层技术(化学腐蚀去钝化层、等离子腐蚀去钝化层、机械研磨去钝化层) 微区分析技术(FIB、CP) 显微形貌分析： 光学显微分析技术 扫描电子显微镜二次电子像技术 表面元素分析： 扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS) 俄歇电子能谱分析(AES)
金属材料力学性能文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
常见的金属材料力学性能一. 金属材料相关概念 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式的外力作用。这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不被破坏的能力；这种能力就是金属材料的力学性能。诸如金属材料的强度、刚度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料在外力下表现出来的力学性能的指标。 强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。一般用单位面积所承受的作用力表示，符号为σ，单位为MPa。 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用σs表示。抗拉强度是指金属材料在拉力作用下，被拉断前所承受的最大应力值，用σb表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，则用抗拉强度作为其设计的依据。 刚度 刚度是指金属材料在外力载荷作用下抵抗弹性变形的能力。对于机械零件要求较高的尺寸稳定性时，需要考虑刚度指标。 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。 几种常用金属材料力学性能一览表
注：1.上表中材料的强度数值仅供参考，在不同的热处理工艺及环境下其对应的强度值不同。 二.材料的失效与许用应力 通常将材料的强度极限与屈服极限统称为材料的极限应力，用σu 表示。对于脆性材料强度极限为其唯一强度指标；对于塑性材料，其屈服应力小于强度极限，通常以屈服应力作为极限应力。 为了机械零件使用的安全性，对于机械构件要有足够的强度储备。因此，实际是使用的最大应力值必须小于材料的极限应力。最大使用应力称为许用应力，用[σ]表示。许用应力与极限应力的关系如下： [σ]=σσ σ， σu ={σσσσ 式中，n 为大于1的因数，称为安全因数。对于塑性材料n 为，σu=σs ；对于脆性材料n 为，σu=σb 。 强度条件 σmax=（σ σ）max ≤[σ] 式中，F ，机械零件所承受的最大载荷作用力，单位N ； A ，承受载荷作用的面积，单位mm2； [σ]，材料的许用应力，单位MPa ；
影响金属材料疲劳强度的八大因素 Via 常州精密钢管博客 影响金属材料疲劳强度的八大因素 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分，组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。 应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ：在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf：光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。 疲劳缺口敏感度系数q：疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算。 q的数据范围是0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 尺寸因素的影响
齿轮疲劳点蚀的特征及相应案例分析 1 疲劳点蚀的定义及特征 点蚀又称接触疲劳磨损，是润滑良好的闭式传动的常见失效形式之一。齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀。节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。 点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。扩展性点蚀指随着工作时间的延长而继续扩展的点蚀现象，常在软齿面轮齿经跑合后，接触应力高于接触疲劳极限时发生。硬齿面齿轮由于材料的脆性，凹坑边缘不易被碾平，而是继续碎裂成为大凹坑，所以只发生扩展性点蚀。严重的扩展性点蚀能使齿轮在很短的时间内报废[1]。 2 疲劳点蚀的实例 某重型车辆侧减速器主动齿轮发生了早期失效，失效齿轮与行星转向机相连，将全车动力传递到行动部分，是全车受载最大的齿轮，始终在大载荷、高转速、多冲击的复杂苛刻环境下工作。齿设计上采用整编为齿轮，传动比为5.9，润滑方式为油池飞溅润滑。实效齿轮材料为18Cr2Ni4W A钢。采用渗碳+淬火+低温回火热处理工艺。 失效齿轮发生严重的接触疲劳失效，使用寿命未达到规定时间。采用断口分析、金相分析、硬度测试及有限元接触应力分析等方法对齿轮进行失效分析，查找该齿轮实效的原因（由于篇幅有限以及结合自身知识面，仅列举出端口分析和金相分析两项结果）。 2.1 断口分析 通过对失效齿轮宏观观察发现．在啮合受力齿面的节线附近靠近齿根一侧，沿齿宽方向分布许多
课程教案 课程名称：材料失效分析实验 任课教师：刘先兰 所属院（部）：机械工程学院 教学班级： 2011级金属材料工程教学时间：2013—2014学年第二学期 湖南工学院
《材料失效分析》实验 实验课程编码： 学时：6 适用专业：金属材料工程 先修课程：材料科学基础、材料力学性能、金属塑性成型原理、现代材料检测技术等 考核方式： 一、实验课程的性质与任务 帮助学生进一步理解所学知识，加深对一般工程结构和机械零件失效分析的基础知识、基本方法和基本技能的掌握；能够利用所学的知识建立失效分析方法和思路（故障树）；熟悉判断失效零件裂纹源的方法；熟知各类断裂件的断口形貌及断裂机制，分析各种断裂类型、起裂点及断裂过程。 二、实验项目 实验一材料失效中的金相分析法实验（2学时） 实验二零件失效的宏观分析法（2学时） 实验三静载荷作用下的金属材料断裂失效断口分析（2学时） 三、实验报告要求 每个实验均应写实验报告。按统一格式，采用统一封面和报告纸。实验报告内容应包括实验名称、目的、内容和理论基础、实验设备（名称、规格及型号）及材料名称，实验步骤、实验结果、结果分析。 四、其它要求 实验中，注重知识、能力、素质的协调发展，突出学生的创新精神与创新能力的培养。 五、教材和参考资料 1教材： 《材料失效分析》，庄东汉主编.华东理工大学出版社. 2．参考资料： [1]《机械零件失效分析》，刘瑞堂编，哈尔滨工业大学出版社.. [2]《材料成形与失效》，王国凡主编，化学工业出版社. [3]《材料现代分析方法》，左演声主编，北京工业出版社. [4] 《断口学》，钟群鹏主编，高等教育出版社. [5] 《金属材料及其缺陷分析和失效分析100例》，候公伟主编，机械工业出版社.
金属材料强度：强度就是指材料在外力作用下抵抗变形与破坏得能力.主要指标可分为抗拉（最基本强度指标）、抗压、抗弯、抗扭与抗剪强度. 塑性:材料在外力（静载）作用下产生永久变形而不被破坏得能力.主要指标为伸长率与断面收缩率。 硬度：材料抵抗更硬物体压入得能力.常用指标为布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度. 下列硬度指标就是否正确? HBＳ210-240 180－21０ＨRＣHRC29—25 450－４８０HBＳ钢得热处理：钢固态下,采用适当方法进行加热、保温与冷却，以改变钢得内部组织与结构，从而获得所需性能得一种工艺方法。 预先热处理:为消除坯料或半成品得某些缺陷或为后续得切削加工与最终热处理做组织准备得热处理。(退火、正火） 最终热处理：为使工件获得所要求得使用性能得热处理。 退火与正火得区别与选用：与退火相比、正火得冷却速度稍快，过冷度较大。 选用：１切削加工性考虑。作为预先热处理,低碳钢退火优于正火,而高碳钢正火后硬度太高,必须采用退火. ２使用性能上考虑.对于亚共析钢，正火处理比退火处理具有更好得力学性能。如果零件得性能要求不就是很高，则可用正火作为最终热处理。对于一些大型、重型零件,当淬火有开裂危险时，则采用正火作为最终热处理；但当零件得形状复杂，正火冷却速度较快开裂危险时,则采用退火为宜。 3 经济上考虑。正火比退火得生产周期短、耗料少、成本低、效率高、操作简便,因此在可能得条件下应采用正火。 钢淬火后为什么一定要回火,说明回火得种类及主要应用范围. 钢件经淬火后,虽然具有很高得硬度与强度，但脆性大,并且具有较大得淬火应力，因此在退火后，必须配以适当得回火. 种类及范围：高温回火:用于重要零件如轴、齿轮等。 中温回火:用于各种弹性元件及热锻模。 低温回火：用于各种工、模具钢及要求硬而耐磨得工件。 调制及特点：淬火后，加热到500-６50度,保温后在空气中冷却。获得良好得综合力学性能，在保持高强度得同时，具有良好得塑、韧性，硬度为200—33０HBS。
影响金属材料疲劳强度的八大因素和预防措施 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感，外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分、组织状态、纯净度和残余应力等。 这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 01、应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。 这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ： 在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf： 光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。
疲劳缺口敏感度系数q： 疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算： q的数据范围是0~1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。 试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 02、尺寸因素的影响 由于材料本身组织的不均匀性以及内部缺陷的存在，尺寸增加造成材料破坏概率的增加，从而降低材料的疲劳极限。 尺寸效应的存在，是把试验室小试样测得的疲劳数据运用于大尺寸实际零件中的一个重要问题，由于不可能把实际尺寸的零件上存在的应力集中、应力梯度等完全相似地在小试样上再现出来，从而造成试验室结果与某些具体零件疲劳破坏之间的互相脱节。 03、表面加工状态的影响 机加工的表面总存在着高低不平的加工痕迹，这些痕迹就相
金属材料及零部件失效分析 随着科学技术和工业生产的迅速发展，人们对机械零部件的质量要求也越来越高。材料质量和零部件的精密度虽然得到很大的提高，但各行业中使用的机械零部件的早期失效仍时有发生。通过失效分析，找出失效原因，提出有效改进措施以防止类似失效事故的重复发生，从而保证工程的安全运行是必不可少的。 相关行业 汽车零部件、精密零部件、模具制造、铸锻焊、热处理、表面防护等金属相关行业。 常见失效模式 断裂：韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、液态金属脆化、氢脆 腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀 磨损：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、微动磨损、变形磨损 其他：功能性失效、物理性能降级等等 金属失效分析的意义
1. 减少和预防产品同类失效现象重复发生，减少经济损失，提高产品质量； 2. 为裁决事故责任，制定产品质量标准等提供可靠的科学技术依据。 失效分析常用手段 （1）断口分析： 分析断裂源、断口特征形貌，并分析这些特征与失效过程的相互关系。 解理断裂沿晶断裂 （2）金相组织分析 评估组织级别、工艺匹配程度、缺陷等级等等。
（3）成分分析： SEM/EDS； ICP-OES； XRF； 火花直读光谱。 （4）痕迹分析： 分析失效件与成型、使用、环境交互影响留下的细微痕迹。
（5）热学分析：评判材料在热环境使用的合理性。 （6）机械性能分析：评估力学强度、硬度、热性能等指标是否符合使用要求。（7）微区分析：分析表面形貌及微区成分，为失效机理推断提供定性定量依据。（8）极表面分析：对极表面腐蚀产物、微量异物进行定性定量分析。
螺栓疲劳强度计算分析 摘要：在应力理论、疲劳强度、螺栓设计计算的理论基础之上，以疲劳强度计算所采取的三种方法为依据，以汽缸盖紧螺栓连接为研究对象，进行本课题的研究。假设汽缸的工作压力为0~1N/mm2=之间变化，气缸直径D2=400mm，螺栓材料为5.6级的35钢，螺栓个数为14，在F〞=1.5F，工作温度低于15℃这一具体实例进行计算分析。利用ProE建立螺栓连接的三维模型及螺杆、螺帽、汽缸上端盖、下端盖的模型。先以理论知识进行计算、分析，然后在分析过程中借助于ANSYS有限元分析软件对此螺栓连接进行受力分析，以此验证设计的合理性、可靠性。经过近几十年的发展，有限元方法的理论更加完善，应用也更广泛，已经成为设计，分析必不可少的有力工具。然后在其分析计算基础上，对于螺栓连接这一类型的连接的疲劳强度设计所采取的一般公式进行分类，进一步在此之上总结。 关键词：螺栓疲劳强度，计算分析，强度理论，ANSYS 有限元分析。
Bolt fatigue strength analysis Abstract: In stress fatigue strength theory，bolt，design calculation theory foundation to fatigue strength calculation for the three methods adopted according to the cylinder lid，fasten bolt connection as the object of research，this topic research. Assuming the cylinder pressure of work is 0 ~ 1N/mm2 changes，cylinder diameters between = = 400mm，bolting materials D2 for ms5.6 35 steel，bolt number for 14，in F "= 1.5 F below 15 ℃，the temperature calculation and analysis of concrete examples. Using ProE establish bolt connection three-dimensional models and screw，nut，cylinder under cover，cover model. Starts with theoretical knowledge calculate，analysis，and then during analysis，ANSYS finite element analysis software by this paper analyzes forces bolt connection，to verify the rationality of the design of and reliability. After nearly decades of development，the theory of finite element method is more perfect，more extensive application，has become an indispensable design，analysis the emollient tool. Then in its analysis and calculation for bolt connection，based on the type of connection to the fatigue strength design of the general formula classification，further on top of this summary. Keywords: bolt fatigue strength，calculation and analysis，strength theory，ANSYS finite elements analysis.
金属材料强度：强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。主要指标可分为抗拉（最基本强度指标）、抗压、抗弯、抗扭和抗剪强度。 塑性：材料在外力（静载）作用下产生永久变形而不被破坏的能力。主要指标为伸长率和断面收缩率。 硬度：材料抵抗更硬物体压入的能力。常用指标为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 下列硬度指标是否正确？ HBS210-240 180-210HRC HRC29-25 450-480HBS 钢的热处理：钢固态下，采用适当方法进行加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。 预先热处理：为消除坯料或半成品的某些缺陷或为后续的切削加工和最终热处理做组织准备的热处理。（退火、正火） 最终热处理：为使工件获得所要求的使用性能的热处理。 退火与正火的区别与选用：与退火相比、正火的冷却速度稍快，过冷度较大。选用：1切削加工性考虑。作为预先热处理，低碳钢退火优于正火，而高碳钢正火后硬度太高，必须采用退火。 2使用性能上考虑。对于亚共析钢，正火处理比退火处理具有更好的力学性能。如果零件的性能要求不是很高，则可用正火作为最终热处理。对于一些大型、重型零件，当淬火有开裂危险时，则采用正火作为最终热处理；但当零件的形状复杂，正火冷却速度较快开裂危险时，则采用退火为宜。 3 经济上考虑。正火比退火的生产周期短、耗料少、成本低、效率高、操作简便，因此在可能的条件下应采用正火。 钢淬火后为什么一定要回火，说明回火的种类及主要应用范围。 钢件经淬火后，虽然具有很高的硬度和强度，但脆性大，并且具有较大的淬火应力，因此在退火后，必须配以适当的回火。 种类及范围：高温回火：用于重要零件如轴、齿轮等。 中温回火：用于各种弹性元件及热锻模。 低温回火：用于各种工、模具钢及要求硬而耐磨的工件。
常用的金属材料疲劳极限试验方法 疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度，一般该类试验周期较长，所需设备比较复杂，但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验，都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能，因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。 MTS 810 金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。 单点疲劳试验法
适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下，可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机。 升降法疲劳试验 升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法，在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下，一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。 主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。 高频振动疲劳试验法 常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz，无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上，可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。
高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括：控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。 超声法疲劳试验 超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法，其测试频率（20kHz）远远超过常规疲劳测试频率（小于200Hz）。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行，为疲劳研究提供了一个很好的手段。嘉峪检测网提醒超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验，主要针对10^9以上周次疲劳试验。高周疲劳时，材料宏观上主要表现为弹性的，所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理，而不涉及微塑性。 红外热像技术疲劳试验方法 为缩短试验时间、减少试验成本，能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程，而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。 红外热像技术是一种波长转换技术，即将目标的热辐射转换为可见光的技术，利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像，用计
第一章 1、失效分析：对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施。 2、失效形式：(1)变形失效a弹性变形失效b塑性变形失效（2）断裂失效a韧性断裂失效b 脆性断裂失效c疲劳断裂失效（3）腐蚀失效a局部（点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳）b全面（均匀、不均匀）（4）磨损失效 3、引起失效的原因：（1）设计不合理：结构或形状不合理，构件存在缺口、小圆弧转角、不同形状过渡区等高应力区（2）选材不当及材料缺陷（3）制造工艺不合理：工艺规范制定不合理（4）使用操作不当和维修不当 4、失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生。 5.自行车的失效形式：磨损；家用液化气瓶：变形；锅炉：断 第二章 1、铸态金属常见的组织缺陷：a缩孔：金属在冷凝过程中由于体积收缩而在铸锭或铸件心部形成管状或分散孔洞称为缩孔。细小的缩孔称为疏松。b偏析：金属在冷凝过程中由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象。c内裂纹d气泡和白点 2、金属锻造及轧制件缺陷：（1）内部组织缺陷a粗大的魏氏体组织b网络状碳化物及带状组织c钢材表层脱碳（2）钢材表面缺陷：折叠、划痕、结疤、表面裂纹、分层 3、钢中金属夹杂物种类：a脆性夹杂物b塑性夹杂物c半塑性变形的夹杂物 4、脆性夹杂物易成为疲劳断裂的裂纹源原因：对于变形率低的脆性夹杂物，在钢加工变形过程中，夹杂物与钢基体相比变形甚小，由于夹杂物与钢基体之间的变形性的显著差异，造成在夹杂物与钢基体的交界处产生应力集中，导致微裂纹产生或夹杂物本身开裂 5、a比b的危害大的原因：夹杂物的变形率V可在V≈０～１这个范围变化，若变形率低，钢经加工变形后，由于钢产生塑性变形，而夹杂物基本上不变形，便在夹杂物和钢基体的交界处产生应力集中，导致在钢与夹杂物的交界处产生微裂纹，这些微裂纹便成为零件在使用过程中引起疲劳破坏的隐患。 6、焊接裂纹的分类：ａ热裂纹：结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹b再热裂纹c冷裂纹：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹d:层状撕裂 7、氧化膜应满足以下条件才具有保护性：a除致密和完整以外，金属氧化物本身稳定、难溶、不挥发、不易与介质发生作用而被破坏；b氧化膜与基体结合良好，有相近的热膨胀系数，不会自行或受外界作用二玻璃脱落；c氧化膜有足够的强度和塑性，足以经受一定的应力、应变作用，具有足够强度和抗变形能力。 8、金属氧化膜的生长规律：直线规律、抛物线规律、对数规律、立方规律、反对数规律 9、腐蚀原电池的模型：锌在硫酸溶液中的溶解，同时有氢气自锌表面析出。阳极（氧化）阴极（还原）析氢、吸氧。 阳极：Zn---Zn2+ +2e阴极：2H+ +2e----H2 10、在除氧气的稀硫酸溶液中锌板遭受腐蚀而铜板不受腐蚀的原因：铜的标准电极电位为0.3419V，在除氧的稀硫酸溶液中，H+不能成为铜的氧化剂，铜不发生腐蚀；但当稀硫酸含氧时，铜电极的某些部位发生O2+4H++4e→2H2O，O2消耗电子，还原成H2O，这是O2为氧化剂，铜板受腐蚀。 11裂纹焊接的分类：ａ热裂纹：结晶裂纹、高温液化裂纹、多边化裂纹b再热裂纹c冷裂纹：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹d:层状撕裂 12、为什么高强材料、大型装备及焊接工艺问世后，低应力脆断事故会不断地出现？传统
螺栓组受力分析与计算 螺栓组受力分析与计算 一.螺栓组联接的设计 设计步骤： 1.螺栓组结构设计 2.螺栓受力分析 3.确定螺栓直径 4.校核螺栓组联接接合面的工作能力 5.校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 H1.螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形, 三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方
向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 | 塾〉不令 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距to不得大于下表所推 荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t o 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4, 6, 8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。
3.刚的晶内偏析不可以通过热处理方法予以消除·······（×） 4.钢中氢含量偏高容易导致钢中出现气孔和白点·······（√） 5.魏氏组织会降低刚的强度，但是可以提高钢的韧性···（×） 6.钢中夹杂物会降低钢的塑性、韧性和疲劳强度·······（√） 7.钢的脱碳会降低钢的疲劳程度·····················（√） 8.焊缝延迟裂纹一般与焊缝中的含氢量有关···········（√） 9.焊缝淬火裂纹一般与焊缝中的马氏体有关···········（√） 10.磨损失效是金属构件失效的主要方式··············（×） 11.河流花样和舌状花样是脆性断口和典型微观形貌特征（√） 12.应力腐蚀开裂是应力和腐蚀共同作用的结果·······（√） 13.能谱成分分析技术可以用于钢中碳含量分析·······（×） 14.扫描电镜分析技术是建立在可见光反射原理基础之上的（×） 15.就金属断裂而言，正断可能是韧性的，而切断总是韧性的（√） 1、钢的晶内偏析可以通过何种热处理方法予以消除？ 扩散退火钢加热到上临界点(Ac3或Accm)以上的较高温度（一般为1050～1250℃），经过较长时间的充分保温，然后缓冷的热处理叫扩散退火，也叫均匀化退火。这种退火的目的是，借原子在高温下可以较快的扩散，减少或消除各种合金元素及非合金元素在钢中的显微偏析，使化学成分趋于均匀化，以达到改善钢的组织，提高钢的力学性能的目的。 2、钢中S、P杂质元素容易造成哪些性能缺陷？ S以Fes形态存在于钢中，Fes和Fe形成低共熔化合物，引起热脆。
P虽然可以提高钢的强度和硬度，但会引起塑性和冲击韧性的下降，使韧脆转变温度上升，引起冷脆。 3、钢中H元素容易造成哪些性能缺陷？ 钢中溶解的氢会导致氢脆，白点和氢致延迟断裂等缺陷 一是引起氢脆，即在低于钢材极限应力的作用下，经一定的时间后，突然断裂。二是导致钢材内部产生大量细微裂纹缺陷，即白点，白点使钢材的冲击韧性降低得很多。在钢材纵端面上呈光滑的银白的斑点，在酸洗后的端面上呈较多的发丝状裂纹，白点使钢材的延伸率显著下降，尤其是端面收缩率和冲击韧性降低得更多，有时可能接近于零值。因此具有白点的钢是不能用的，这类缺陷主要发生在合金钢中。 4、魏氏组织对钢有哪些危害作用？ （1）.在最终热处理会有增大变形的倾向；（2）.使钢的力学性能尤其是塑性和冲击韧性显著降低，同时使脆性转折温度升高。魏氏组织不仅晶粒粗大,而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面,使金属的韧性急剧下降,屈服强度当然也会降低。 5、钢中夹杂物会降低钢的哪些性能？ 钢中夹杂物包括C、Si、Mn、S、P、N、H、O等 C：随着钢中碳含量的增加，碳钢硬度上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内随着碳含量增加，抗拉强度不断提高。超过共析范围后，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。 Si：硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。 Mn：锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。 S:产生热脆
金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由J．V．Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是
非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。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。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da／dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年，美