金属疲劳试验,蠕变试验标准
疲劳特点
1、疲劳为低应力循环延时断裂,即具有寿命的断裂,其断裂应力水平往往低于材料抗拉强度,甚至屈服强度。
2、疲劳为脆性断裂,由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低,不论是韧性材料还是脆性材料,在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有型预兆。
3、疲劳对缺陷十分敏感,由于疲劳破坏是从局部开始的,它对缺陷具有高度的选择性。
过程机理
疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及后失稳扩展三个阶段,其疲劳寿命Nf由疲劳裂纹萌生期Ni和裂纹亚稳扩展期Np所组成。
疲劳裂纹萌生主要包括:
1、滑移带开裂产生裂纹,金属在循环应力长期作用下,是应力低于屈服应力,也会发生循环滑移并形成循环滑移带。
2、相界面开裂产生裂纹,很多疲劳源是由材料中的第二相或夹杂物引起的,便提出了第二相、夹杂物和基体界面开裂,或第二相、夹杂物本身开裂的疲劳裂纹机理。
3、晶界开裂产生裂纹,多晶体材料由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向性,位错在某一晶粒内运动会受到晶界的阻碍作用,在晶界处发生位错塞积和应力集中现象。在应力不断循环下,晶界处得应力集中得不到松弛,应力峰越来越高,当超过晶界强度时就会在晶界处产生裂纹。
寿命公式
常规疲劳强度计算是以名义应力为基础的,可分为无限寿命计算和有限寿命计算。零件的疲劳寿命与零件的应力、应变水平有关,它们之间的关系可以用应力一寿命曲线(σ-N曲线)和应变一寿命曲线(δ-Ν曲线)表示。应力一寿命曲线和应变一寿命曲线,统称为S-N曲线。根据试验,有三种数学表达式:
1、幂函数式:(σ^m)*N=C
式中:N应力循环数,m、C材料常数。
2、指数式:exp{mσ}*N=C
式中:N为应力循环数,m、C为材料常数。
3、考虑疲劳强度,则幂函数式演变为三参数式:[(σ-σ)m]*N=C
式中:N为应力循环数,m、C为材料常数,σ为疲劳强度。
在疲劳试验中,实际零件尺寸和表面状态与试样有差异,常存在由圆角、键槽等引起的应力集中,在使用时必须引入应力集中系数K、尺寸系数ε和表面系数β。