材料的疲劳性能一、疲劳破坏的变动应力材料在变动载荷和应变的长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。变动载荷指大小或方向随着时间变化的载荷。变动载荷在单位面积上的平均值称为变动应力，分为规则周期变动应力(或称循环应力)和无规则随机变动应力两种。、表征应力循环特征的参量有：①最大循环应力：O；②最小循环应力：O；③平均应力：0(00);④应力幅o或应力范围△o:Zloo0,0Ao(00)；⑤应力比(或称循环应力特征系数)：o0。、按平均应力和应力幅的相对大小，循环应力分为：①对称循环：o(oo),,大多数旋转轴类零件承受此类应力；②不对称循环：o工,。发动机连杆或结构中某些支撑杆、螺栓承受此类应力，o0③脉动循环：o0,,齿轮的齿根及某些压力容器承受此类应力。oo,轴承承受脉动循环压应力；④波动循环：o0,,发动机气缸盖、螺栓承受此种应力;⑤随机变动应力：循环应力呈随机变化，无规律性，如运行时因道路或者云层的变化，汽车、拖拉机及飞机等的零件，工作应力随时间随机变化。二、疲劳破坏的概念和特点、疲劳破坏概念在变动应力作用下，材料内部薄弱区域的组织逐渐发生变化和损伤累积、开裂，当裂纹扩展达到一定程度后发生突然断裂的过程，是一个从局部区域开始的损伤积累，最终引起整体破坏的过程。疲劳破坏是循环应力引起的延时断裂，其断裂应力水平往往低于材料抗拉强度，甚至低于其屈服强度。机件疲劳失效前的工作时间称为疲劳寿命，疲劳断裂寿命随循环应力不同而改变。应力高，寿命短；应力低，寿命长。当应力低于材料的疲劳强度时，寿命可无限长。疲劳断裂也经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应的断口上也显示出疲劳源、疲劳裂纹扩展区与瞬时断裂区的特征。、疲劳破坏的特点（）疲劳破坏与静载或一次性冲击加载破坏比较具有以下特点：①该破坏为一种潜藏的突发性破坏，在静载下显示韧性或脆性破坏的材料，在疲劳破坏前均不会发生明显的塑性变形，呈脆性断裂，易引起事故造成经济损失；②疲劳破坏属于低应力循环延时断裂，对于疲劳寿命的预测显得十分重要和必要；③疲劳对缺陷（缺口、裂纹及组织）十分敏感，即对缺陷具有咼度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷（夹杂、疏松、白点、脱碳等）将降低材料的局部强度。二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。④可以按不同方法对疲劳形式分类。按应力状态分有弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳及复合疲劳；按应力高低和断裂寿命分有高周疲劳和低周疲劳。三、疲劳断口的宏观特征、典型疲劳断口具有个特征区：疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。（）疲劳源疲劳裂纹萌生区，多出现在零件表面，与加工刀痕、缺口、裂纹、蚀坑等相连。特征是光亮，因为疲劳源区裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多。疲劳源可以是一个，也可以有多个。女口：单向弯曲，只有一个疲劳源；双向弯曲，可出现两个疲劳源。（）疲劳裂纹扩展区（亚临界扩展区）疲劳裂纹扩展区特征为断口较光滑并分布有贝纹线或裂纹扩展台阶。贝纹线是疲劳区最典型的特征，是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。近疲劳源区贝纹线较细密（裂纹扩展较慢），远疲劳源区贝纹线较稀疏、粗糙（裂纹扩展较快）。贝纹线区的大小取决于过载程度及材料的韧性，高名义应力或材料韧性较差时，贝纹线区不明显；反之，低名义应力或高韧性材料，贝纹线粗且明显，范围大。（）瞬断区瞬断区是裂纹失稳扩展形成的区域。该区断口粗糙，脆性材料断口呈结晶状；韧性材料断口在心部平面应变区呈放射状或人字纹状；表面平面应力区则有剪切唇区存在。瞬断区一般在疲劳源对侧，大小与名义应力、材料性质有关。高名义应力或脆性材料，瞬断区大；反之，瞬断区小。四、金属材料疲劳破坏的机理、疲劳裂纹的萌生（形核）裂纹萌生常在材料薄弱区或高应力区，通过不均匀滑移、微裂纹形成及长大而完成。通常将长的裂纹定为疲劳裂纹核，对应的循环周期为裂纹萌生期。疲劳微裂纹由不均匀滑移和显微开裂引起，主要方式有：表面滑移带开裂，第二相、夹杂物与基体界面...
