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- 简答题论述疲劳断裂及其失效机理。
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零件在交变应力作用下,经过较长时间工作而发生的断裂现象,称为疲劳断裂。金属零件疲劳断裂实质上是一个逐渐积累和发展的损伤过程,大体上可分为三个阶段,疲劳裂纹萌生阶段、裂纹扩展阶段和瞬时断裂失效阶段。
(1)疲劳裂纹萌生阶段:可分为两种情况,一是金属内没有夹杂物和应力集中,二是金属内有夹杂物和应力集中。
A.结构均匀的金属内部,在交变载荷应力作用一定循环后,产生硬化区进而出现局部损伤积累和空穴集聚,在各晶格内局部地区出现一个或几个相对滑移线(晶格扭曲)。随着疲劳的加剧,原有的滑移线的滑移量增大,又出现新的滑移线共同组成的滑移带(晶格变形)。滑移带随着疲劳的加剧而逐步加宽加深,在表面出现挤出带和挤入槽,形成疲劳核心区。
B.金属内有夹杂物或应力集中的部位,在交变应力作用下直接产生不均匀滑移,最后形成疲劳裂纹核心。
(2)疲劳裂纹扩展阶段:也可分为两种情况,一是没有应力集中的情况下,在交变应力作用下,裂纹从金属材料表面的滑移带,挤入槽等处开始,沿着最大切向应力方向的晶面向内扩展,这是裂纹扩展的第一阶段(沿晶阶段),该阶段裂纹扩展速率很慢。随着疲劳持续,裂纹按第一阶段方式扩展一定距离之后,将改变方向沿着与正应力相垂直的方向扩展,扩展途径是穿晶的,扩展速率较快(穿晶阶段),这是裂纹扩展的第二阶段。二是在疲劳核心形成之后,在有应力集中的情况下,则不出现第一阶段,而直接进入第二阶段。这两个阶段也分别称为微观裂纹扩展和宏观裂纹扩展阶段。
(3)瞬时断裂失效阶段:当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时,剩余截面上的真实应力超过材料强度,零件发生瞬时断裂。 关注下方微信公众号,在线模考后查看
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