第4 章:船机零件的疲劳破坏 Chapter4 船机零件的疲劳破坏 (Fatigu e Fractu re) 很多柴油机零件(如曲轴、活塞、缸盖、齿轮、连杆螺栓等)承受交变载荷的作用,经过长时间运行后会发生断裂,在这些断裂中,疲劳断裂占 80~90%。 §4-1 金属疲劳的概念 1 疲劳断裂的概述 1.1 定义 零件或材料在交变载荷的长时间作用下,会在应力小于b(甚至小于s)的情况下产生裂纹或突然断裂,这种现象称为疲劳断裂。 说明:(1)应力:机械应力和热应力(交变)。 交变应力: 平均应力:minmax2/1m 应力幅值:minmax2/1a 应力循环特征:maxmin ;当1时,为对称循环。 (2)破坏:裂纹和断裂。 (3)特征: 第4 章:船机零件的疲劳破坏 零件发生疲劳断裂时具有以下特征: (1)零件是在交变载荷作用下经过较长时间的使用; (2)断裂应力小于材料的抗拉强度σ b,甚至小于屈服强度σ s; (3)断裂是突然的、无任何先兆; (4)断口形貌特殊,断口上有明显不同的区域; (5)零件的几何形状、尺寸、表面质量和表面受力状态等均直接影响零件的疲劳断裂。 1 .2 种类 1)根据应力大小和循环次数分: ★高周疲劳破坏 特点:小,应力循环次数大(>105),最常见(曲轴、弹簧等的断裂)。 ★低周疲劳破坏 特点:应力大(>s),低频加载,应力循环次数104~105 2)根据工作环境等分类: ★热疲劳:由于零件受温度的变化引起热应力的反复作用造成的疲劳破坏。如缸盖疲劳裂纹。 第4 章:船机零件的疲劳破坏 ★ 腐蚀疲劳:由于交变应力与腐蚀介质的共同作用而导致的疲劳破坏。 ★ 接触疲劳破坏: 由于接触应力的反复作用,导致形成金属剥落,形成麻点。如滚动轴承、齿轮等的破坏。 ★ 其它疲劳形式:如接触疲劳、微动磨损疲劳和激冷疲劳等。 3)按应力种类分:弯曲疲劳、扭转疲劳、复合疲劳等。 1 .3 疲劳抗力指标 表征零件材料抗疲劳性能的力学参数,主要有:疲劳极限、超载抗力、疲劳缺口敏感度等。 1)疲劳极限(MPa):当应力低于某一数值时,循环无限次,材料也不会发生疲劳断裂,该应力称为材料的疲劳极限。材料的疲劳极限是由试验测定。例如,常温下的碳钢、合金结构钢和铸铁,在 N 达 107后曲线出现水平阶段。所以这类材料是以 N=107时不断的最大应力作为疲劳极限。 2)过载抗力:是衡量过载对材料疲劳抗力的影响指标。例如,柴油机紧急刹车...