材料力学性能-疲劳

《无碳化物贝氏体钢的显微组织、力学性能和疲劳裂纹扩展行为》篇一无碳化物贝氏体钢的显微组织、力学性能与疲劳裂纹扩展行为研究一、引言随着现代工业技术的飞速发展，钢铁材料因其高强度、良好的塑性和韧性，成为工程领域中最常用的材料之一。

其中，贝氏体钢以其独特的组织结构和优异的力学性能，在汽车、航空、机械制造等领域有着广泛的应用。

无碳化物贝氏体钢作为贝氏体钢的一种新型变种，因其高纯净度和高稳定性而备受关注。

本文将对无碳化物贝氏体钢的显微组织、力学性能以及疲劳裂纹扩展行为进行深入的研究与探讨。

二、无碳化物贝氏体钢的显微组织无碳化物贝氏体钢的显微组织主要由贝氏体板条、铁素体基体以及少量的非金属夹杂物组成。

其组织结构的特点是贝氏体板条细小且分布均匀，板条间存在明显的亚结构，如位错墙等。

此外，由于无碳化物的存在，使得钢的纯净度更高，夹杂物数量大大减少。

这种独特的显微组织使得无碳化物贝氏体钢具有优异的力学性能和抗疲劳性能。

三、无碳化物贝氏体钢的力学性能无碳化物贝氏体钢具有高强度、高韧性、良好的塑性和抗疲劳性能。

其强度主要源于贝氏体板条的强化作用和铁素体基体的稳定性。

韧性则得益于细小的贝氏体板条和均匀的组织结构，这些都有利于提高材料的冲击吸收能力和断裂韧性。

此外，由于非金属夹杂物的减少，无碳化物贝氏体钢的抗疲劳性能得到了显著提升。

四、无碳化物贝氏体钢的疲劳裂纹扩展行为疲劳裂纹扩展行为是评价材料抗疲劳性能的重要指标。

无碳化物贝氏体钢在疲劳过程中，由于细小的贝氏体板条和均匀的组织结构，使得裂纹扩展速率较慢。

此外，由于纯净度高，夹杂物少，裂纹在扩展过程中遇到的障碍也较少，从而进一步减缓了裂纹的扩展速度。

同时，铁素体基体的稳定性也有助于抵抗疲劳过程中的裂纹扩展。

五、结论无碳化物贝氏体钢因其独特的显微组织和优异的力学性能，在工程领域具有广泛的应用前景。

其细小的贝氏体板条和均匀的组织结构使得材料具有优异的抗疲劳性能和较低的裂纹扩展速率。

第二节金属材料的力学性能（硬度、韧性、疲劳）及工艺性能一、复习要求1、知道硬度的概念；2、熟悉硬度测试的方法及原理；3、知道各种硬度测试的表示方法；4、知道各种硬度测试方法的特点并能根据特点进行合理选用；5、知道冲击韧性的概念并了解其测试原理、方法及适用；6、知道疲劳的概念并了解其特征和产生疲劳的原因；7、知道疲劳曲线和疲劳极限的概念并了解影响疲劳极限的因素；8、了解工艺性能的种类及影响因素。

二、课前自主复习（一）、复法指导1、复习内容1）、硬度、韧性、疲劳概念；2）、硬度、韧性、疲劳的测试方法及应用场合；3）、影响硬度、韧性、疲劳的因素。

2、怎么复1）、抓住载荷特性及衡量指标结合强度、塑性的概念对硬度、韧性、疲劳的概念进行比较记忆；2）、课堂以探究解析硬度、韧性、疲劳等知识应用选择来帮助同学理解知识为主；3）、提出问题、分析问题、解决问题并及时巩固问题并学会对知识的迁移应用。

（二）、知识准备1）、硬度是指金属材料在静载荷的作用下抵抗局部变形特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。

2）、硬度的测试方法有很多，最常用的有布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法和维氏硬度测试法。

分别用HB、HR、HV表示。

3）、布氏硬度值根据所采用的压头材料不一样，分别用符号HBS（钢球）和HBW（硬质合金球）表示。

4）、洛氏硬度有HRA、HRB、HRC三种标尺，压头型式分为1200的金刚石圆锥体和直径为Φ1.588mm的钢球两种。

5）、维氏硬度用的是1360的正四棱锥体金钢石压头。

6）、冲击韧性在指金属材料在冲击载荷的作用下而不破坏的能力。

常用的测试方法有大能量一次冲击试验和小能量多次冲击试验，测试结果分别用冲击韧度αk和规定冲击载荷下冲击的次数N表示的。

7）、疲劳是金属材料在交变载荷作用下虽然承受小于或远远小于屈服点的应力但在较长的时间后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象。

8）、疲劳曲线指的是作用的交变应力与循环次数的关系曲线。

灰铸铁材料的静力学性能与疲劳性能张锦;贾成玺;马荣华【摘要】采用不同的碳当量,对某发动机用灰铸铁材料的化学成分进行了优化改进,改进前硅碳含量比cSi/cC＝0．63,改进后硅碳含量比cSi/cC＝0．7左右,对改进前后附铸试棒的静力学性能和疲劳性能进行了检测.结果表明：当碳当量cCE＝3．80％(质量分数)、硅碳含量比cSi/cC＝0．7左右时,灰铸铁材料的各项性能均处于较好状态；硅碳含量比c Si/c C 高的材料,其弹性模量也高,而抗拉强度和规定总延伸强度又均随弹性模量的提高而提高；相同疲劳环境下,弹性模量高的材料,其疲劳循环周次也高；经改进后,试验灰铸铁材料的抗拉强度在330~350 MPa、弹性模量在185000~195000 MPa,拉拉疲劳极限在47．5~51 MPa.%Using different carbon equivalent contents,the chemical compositions of gray cast iron material used for an engine were improved and optimized with the ratio of silicon content to carbon content (cSi/cC )changing from 0.63 (before improvement)to 0.7 (after improvement),and the static mechanical properties and fatigue properties of the attached cast test blocks were tested before and after improvement.The results show that when the carbon equivalent content cCE=3.80% (mass)and cSi/cC=0.7,the performances of the gray cast iron material were in good condition.The material with higher cSi/cC had higher elastic modulus,and the tensile strength and total extension proof strength also increased with the increase of elastic modulus.Under the same fatigue condition,the material with higher elastic modulus had higher fatigue cycles.After improvement,the tensile strength of the gray cast iron material was330~350 MPa,the elastic modulus was 185 000~195 000 MPa,and the tensile fatigue limit was 47.5~51 MPa.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2016(052)008【总页数】4页(P567-569,588)【关键词】灰铸铁;硅碳含量比;抗拉强度;弹性模量;规定总延伸强度;疲劳循环周次;疲劳极限【作者】张锦;贾成玺;马荣华【作者单位】宁夏共享集团股份有限公司检测中心，银川 750021;宁夏共享集团股份有限公司检测中心，银川 750021;宁夏共享集团股份有限公司检测中心，银川 750021【正文语种】中文【中图分类】TG142.1;TG115.1发动机用灰铸铁材料在服役过程中不仅受到静力载荷的作用，还会受到远小于静强度的交变载荷的作用，所以材料不仅要有一定的静强度，还必须要有一定的抗疲劳性能。

材料力学性能第五章-金属的疲劳一、前言金属是工业中广泛使用的材料之一，而疲劳是金属失效的常见原因。

疲劳现象是指材料在循环加载下，由于应力的交变和变形的累积，导致材料最终发生断裂的失效现象。

由于疲劳是材料失效的高发期之一，因此疲劳强度及其寿命评估在工程实践中极其重要。

本文将对金属疲劳相关的概念、实验方法、疲劳表征和机理等方面进行详细介绍。

二、疲劳相关概念2.1 疲劳应力和疲劳极限疲劳应力是指材料在循环加载下，在一个给定的时间内重复加载的最大应力，其值通常低于材料的屈服强度。

疲劳极限是指材料在循环加载下，在一个给定的时间内可以承受的最大应力，其值也低于材料的屈服强度。

2.2 疲劳曲线疲劳曲线通常是由应力-amplitude循环次数(N)图给出，包括S-N曲线和e-N 曲线。

其中S-N曲线是指材料应力振幅和循环次数之间的关系曲线，其垂直轴是应力振幅，水平轴是循环次数(N)。

e-N曲线是指材料应变振幅和循环次数之间的关系曲线，其垂直轴是应变振幅，水平轴也是循环次数(N)。

三、疲劳实验方法3.1 疲劳试验机疲劳试验机一般分为拉伸疲劳试验机、弯曲疲劳试验机和转子疲劳试验机等。

其中拉伸疲劳试验机主要用于金属杆件、薄壁件等线性部件的疲劳试验。

弯曲疲劳试验机主要用于梁疲劳试验，其挠度和载荷均可调节。

转子疲劳试验机主要用于模拟飞机、发动机等转子叶片的疲劳试验。

3.2 疲劳试验方法常用的疲劳试验方法包括：恒振幅疲劳试验、逐渐增加振幅疲劳试验、多级疲劳试验和积累损伤疲劳试验等。

其中恒振幅疲劳试验是常见的疲劳试验方法，以波形、频率和振幅不变的周期周次循环载入，记录疲劳寿命。

逐渐增加振幅疲劳试验是从小到大逐渐增加载荷振幅的疲劳试验，称为低对高试验。

多级疲劳试验则是将恒定载荷振幅的疲劳试验进行多个不同振幅载荷循环，记录没个载荷级的疲劳寿命，绘制多级S-N曲线。

四、疲劳表征4.1 疲劳极限疲劳极限是材料在循环加载下允许承受的最大应力，疲劳极限的单位是MPa(N/mm^2)。

1.名词解释交变载荷疲劳疲劳寿命疲劳源驻留滑移带2.简述疲劳破坏的基本特征。

3.简述疲劳断口的宏观特征。

4.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料疲劳断裂的特点。

1.名词解释交变载荷：是指大小、方向或大小和方向都随时间作周期性变化或非周期性变化的一类载荷。

疲劳：材料在循环载荷的长期作用下，即使受到的应力低于屈服强度，也会因为损伤的积累而引发断裂的现象叫做疲劳。

疲劳寿命:机件疲劳失效前的工作时间或循环周次。

疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地，多出现在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连。

驻留滑移带：在循环载荷的作用下，即使循环应力未超过材料屈服强度，也会在试件表面形成循环滑移带，即使去除了，再重新循环加载后，还会在原处再现。

故称这种永留或再现的循环滑移带为驻留滑移带（持久滑移带）。

•2.简述疲劳破坏的基本特征。

•疲劳破坏与静载或一次性冲击加载破坏比较具有以下特点：•⑴疲劳是一种潜藏的突发性破坏（脆性断裂）•在静载下显示韧性或脆性破坏的材料，在疲劳破坏前均不会发生明显的塑性变形，呈脆性断裂，易引起安全事故和造成经济损失。

•⑵疲劳破坏属低应力循环延时断裂•对于疲劳寿命的预测就显得十分重要和必要(订寿)。

•⑶疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织）十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。

•因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等），将降低材料的局部强度，二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。

•3.简述疲劳断口的宏观特征。

典型疲劳断口具有3个特征区——疲劳源、疲劳裂纹扩展区、瞬断区疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地，多出现在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连。

疲劳裂纹扩展区：是疲劳裂纹亚晶界扩展形成的区域。

断口较光滑并分布有贝纹线（或海滩花样），有时还有裂纹扩展台阶；贝纹线是疲劳区的最典型特征，疲劳区的每组贝纹线好像一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。

疲劳强度屈服强度疲劳强度和屈服强度是材料力学中的两个重要概念，它们对于材料的使用和设计具有重要意义。

本文将从疲劳强度和屈服强度的定义、测试方法以及应用等方面进行详细介绍。

一、疲劳强度疲劳强度是指材料在交变载荷作用下能够承受的最大应力水平，即在循环载荷下材料的抗疲劳性能。

疲劳强度的测试通常采用疲劳试验机进行，通过施加交变载荷并记录试件的应力和应变曲线，以确定材料的疲劳性能。

疲劳强度的大小与材料的组织结构、化学成分、加工工艺等因素密切相关。

一般来说，金属材料的疲劳强度与屈服强度有一定的关系，但并不完全相同。

疲劳强度常用疲劳极限来表示，即材料能够承受的最大循环应力水平。

疲劳强度在工程实践中具有重要意义。

许多工程结构在使用过程中都会受到交变载荷的作用，如果材料的疲劳强度不足，就会引起疲劳破坏，从而导致结构的失效。

因此，在工程设计中需要充分考虑材料的疲劳强度，选择合适的材料以确保结构的安全可靠。

二、屈服强度屈服强度是指材料在拉伸试验中发生塑性变形时所承受的最大应力，即材料开始产生塑性变形的临界点。

屈服强度的测试一般采用拉伸试验机进行，通过施加逐渐增大的拉伸载荷，记录应力和应变曲线，以确定材料的屈服强度。

屈服强度是材料的重要力学性能指标，也是材料设计和选择的重要依据之一。

屈服强度的大小与材料的组织结构、化学成分、温度等因素密切相关。

一般来说，金属材料的屈服强度与其疲劳强度有一定的相关性，但也存在一些差异。

在工程设计中，屈服强度常用来确定材料的安全工作区域，以避免超过材料的屈服强度而引发塑性变形或破坏。

合理选择材料的屈服强度，可以保证结构在正常工作状态下具有足够的强度和刚度。

三、疲劳强度与屈服强度的关系疲劳强度和屈服强度在一定程度上存在相关性，但也具有一定的差异。

一般来说，疲劳强度往往低于屈服强度，因为在交变载荷作用下，材料容易发生疲劳破坏。

此外，材料的疲劳寿命也与应力幅、载荷频率等因素有关。

疲劳强度和屈服强度的差异主要表现在材料的变形行为上。