Chapter4船机零件的疲劳破坏

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：minmax2/1m 应力幅值：minmax2/1a 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...