1、第三章 金屬的高溫低周疲勞,金屬疲勞的基本概念 1、疲勞定義 定義： 材料在交變載荷作用下逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直至破壞的過(guò)程,分類(lèi)（以 次分界）： 高周疲勞：應(yīng)力小，周期短，壽命長(zhǎng) 低周疲勞：應(yīng)力高，周期長(zhǎng)，壽命短,2、應(yīng)力循環(huán)特征,3、應(yīng)力應(yīng)變循環(huán),恒應(yīng)力和應(yīng)變幅值下的循環(huán)硬化和循環(huán)軟化現(xiàn)象,穩(wěn)定的閉合的滯后回線,4、疲勞特性曲線與疲勞極限,疲勞特性曲線示意圖 兩種類(lèi)型的疲勞曲線(S-N曲線),平均應(yīng)力對(duì)疲勞極限的影響,Soderberg關(guān)系,Goodman關(guān)系,Gerber關(guān)系,疲勞破壞的形式與過(guò)程,疲勞是積累損傷過(guò)程，其斷裂遵從材料一般的斷裂過(guò)程，即由裂紋的萌生、裂紋的

2、擴(kuò)展和斷裂三個(gè)階段構(gòu)成,1、疲勞裂紋的萌生,金屬表面形成的擠入溝和擠出脊,金屬材料表面形成擠入和擠出的位錯(cuò)模型,2、疲勞裂紋的擴(kuò)展,疲勞塑性裂紋擴(kuò)展的塑性鈍化過(guò)程示意圖,典型的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線,3、疲勞斷裂及其斷口特征,典型的疲勞斷裂宏觀斷口特征 (a) 缺口敏感的材料；(b) 缺口不敏感材料,(a) (b),疲勞總壽命： 裂紋形成壽命+裂紋擴(kuò)展壽命,金屬的低周疲勞特性,1、低周疲勞特性關(guān)系式,2、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼的低周疲勞特性曲線,3、影響鋼的低周疲勞的主要因素 材料塑性的影響 加載頻率和保持時(shí)間的影響 環(huán)境介質(zhì)的影響 晶粒大小的影響 零件尺寸、形狀、表面質(zhì)量、交變應(yīng)力的幅度等的影響,熱疲勞與高溫低周疲勞,1、熱疲勞現(xiàn)象 影響熱應(yīng)力大小的主要因素 材料的線膨脹系數(shù) 材料的導(dǎo)熱率愈低 材料的彈性模量 溫度循環(huán)變化愈大，即溫差愈大 溫升率愈高即快速加熱或冷卻 部件結(jié)構(gòu)的厚重,2、熱疲勞與高溫低周疲勞的區(qū)別,AISI347不銹鋼的熱疲勞與高溫低周疲勞的比較,區(qū)別原因： 溫度循環(huán)變化還會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部發(fā)生組織變化，這種在交變溫度下的組織變化，要比恒溫下的組織變化速度快。 在熱疲勞下，試樣中的溫度分布不均勻，塑性應(yīng)變傾向于在溫度最高的區(qū)域，因在這些局部最熱區(qū)域屈服極限下降。 應(yīng)變循環(huán)的速率也有重要影響，熱疲勞試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)速度較低，常與高溫低周疲勞試驗(yàn)所用的速率差異很大。,3、