金属疲劳实验检测,材料蠕变试验
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。当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值始终没有超过材料的强度极限,甚至比
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。当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后,应力值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。
物理原理
金属疲劳英文词条名:fatigue ofmetal。金属疲劳是指一种在交变应力作用下,金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下,经过一段时间后,在局部高应力区形成微小裂纹,再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。疲劳破坏具有在时间上的突发性,在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点,故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。
金属内部结构并不均匀,从而造成应力传递的不平衡,有的地方会成为应力集中区。金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。在力的持续作用下,裂纹会越来越大,材料中能够传递应力部分越来越少,直至剩余部分不能继续传递负载时,金属构件就会全部毁坏。
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。但由于技术的落后,还不能查明疲劳破坏的原因。直到显微镜和电子显微镜相继出现之后,使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果,并且有了巧妙的办法来对付这个大敌。
在金属材料中添加各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法。例如,在钢铁和有色金属里,加进万分之几或千万分之几的稀土元素,就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领,延长使用寿命。随着科学技术的发展,现已出现“金属免疫疗法”新技术,通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度,以抵抗疲劳损坏。在金属构件上,应尽量减少薄弱环节,还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度,以免发生锈蚀。对产生震动的机械设备要采取防震措施,以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候,要进行对金属内部结构的检测,对防止金属疲劳也很有好处。
金属疲劳所产生的裂纹会给人类带来灾难。也有的妙用。利用金属疲劳断裂特性制造的应力断料机已经诞生。可以对各种性能的金属和非金属在某一切口产生疲劳断裂进行加工。这个过程只需要2秒钟以下的时间,越是难以切削的材料,越容易通过这种加工来满足人们的需要。
区别
材料力学是根据静力实验来确定材料的机械性能(比如弹性极限、屈服极限、强度极限)的,这些机械性能没有充分反映材料在交变应力作用下的特性。在交变载荷作用下工作的零件或结构,如果还是按静载荷去设计,在使用过程中往往会发生突发性故障。
疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质区别:
(1)静力破坏是一次大载荷作用下的破坏:疲劳破坏是多次反复载荷作用下的破坏,它不是短期内发生的,而是要经历一定的时间,甚至很长时间才发生破坏。
(2)当静应力小于屈服极限或强度极限时,不会发生静力破坏;而交变应力在远小于静强度极限,甚至小于屈服极限的情况下,疲劳破坏就可能发生。
(3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生:疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象,哪怕是塑性良好的金属也这样,就像脆性破坏一样,事先不易觉察出来,这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。