金属机械性能与疲劳强度相关资料分享及参考书籍介绍

这份《1.金属机械性能与疲劳强度.ppt》是会员提供的资料，可以网络浏览，要是想看更多同类的《1.金属机械性能与疲劳强度.ppt（23页珍藏版）》内容，请在一课资料网站上查找。

基本概念相关书籍有，束德林所著的《金属力学性能》，由机械工业出版社发行，书号为TG113.2/S-253及TG113.2/S-253.2，孙茂才编写的《金属力学性能》，出版方为哈工大出版社，编号为TB3-51/C-532/10，徐积善的《强度理论及其应用》，水电出版社出版，书号为TG0346/X-432，郑修麟的《材料力学性能》，由西北工大出版社出版，编号为TG13301/Z-883，杨道明的《金属力学性能与失效分析》，冶金工业出版社发行，书号为TG115/Y-254，俞茂宏的《强度理论研究进展》，西安交大出版社出版，编号为TG0346/Y-526，以及褚武扬的《断裂与环境断裂》，同样由冶金工业出版社发行，书号为TG111.91，本课程将涵盖以下核心内容，首先是断裂力学基础，包括线弹性条件下的断裂韧性研究，以及断裂应力的分析，同时还会涉及缺口断裂力的探讨。

研究裂纹尖端在弹性塑性状态下的应力应变分布情况，以及对应的断裂韧性；了解断裂的物理基础，包括断裂的种类和强度指标；掌握韧断和脆断的不同之处，熟悉断裂的判定标准和断口形态；分析裂纹产生的理论依据和裂纹发展的路径；探究提升材料韧性的关键要素和相应的强化技术。疲劳失效的原理，疲劳裂纹的产生和延伸，疲劳微裂纹以及疲劳的封闭作用。环境诱发的破损，氢引起的破损机制和力学指标；应力腐蚀的作用方式及衡量指标；高温下蠕变变形和破损的原理。金属通常具备的性能参数,属于金属材料力学特性范畴,通过绘制受力与变形关系图,可以直观呈现,这些性能参数,是衡量金属材料优劣的关键依据,属于金属材料力学特性范畴,通过绘制受力与变形关系图,可以直观呈现

强度指标：比例极限p是指应力与应变成正比关系的最大应力值。弹性极限e是材料从弹性变形转为弹-塑性变形的应力点。当应力超过弹性极限时，材料便开始出现塑性变形。通常情况下，不允许存在微量塑性变形的零件，其设计应依据此极限值。屈服极限代表金属抵抗明显塑性变形的能力。屈服点s对应的强度值分为上、下屈服极限两个范围。规定应力0.2导致0.2%剩余变形出现时的载荷值。抗拉性能b值表示试样在断裂前承受的最大力。国家标准明确指出：e值等于0.01，S值等于0.2，b和1.1属于金属机械性能的衡量标准，2和1.1.1涉及金属的常规性能指标，其中塑性指标指的是金属材料在断裂前能够承受塑性变形的特性，伸长率K则表示断裂后试样标距长度的相对变化量

长度数据。测量标距的绝对变化量，对比试样初始标距，这个比例值，称为伸长率，它受试样原始标距大小的影响，5毫米，10毫米，是两个常见的标距数值，断面收缩率，指的是断裂后试样截面的相对缩小程度，这个数值，不受试样尺寸限制，1.1 金属材料力学特性参数，2，1.1.1 金属的通用性能参数 硬度，用来判断金属材料软硬程度的一个参数。衡量材料综合性能时，涉及弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等多个物理量，并非单一指标，试验方式不同，其具体含义也会发生变化，通常认为硬度体现金属表面抵抗局部压入或刻划导致破损的能力，检测方法主要有压入和刻划两种，压入方式又分静态加载和动态加载，静态加载包括布氏、洛氏、维氏硬度测试，动态加载则对应肖氏硬度测试金属的机械特性参数,2,布氏硬度HBxxxX表示,通过特定直径的球体压入材料表面,测量压痕直径来确定,这个数值反映了材料的抗压能力

钢球对试件施加压力，通过压入深度来体现材料的坚硬程度。需要测量压痕的宽度。这种方法常用于检测非铁金属、经过调质或正火处理的钢材以及退火状态的黑色金属。试验时，要依据硬度等级和试件规格，挑选合适的钢球和施加载荷。洛氏硬度HRA、HRB、HRC：采用120度的金刚石锥头或者直径1.588毫米的钢球，压入试件后测量陷入的深度，根据深度数值判定材料的硬度指标。常用于检测经过热处理后的钢材样品。表面硬度仪：以轻微压力施压，适用于测定薄片材料、氮化层、渗碳层以及金属涂层等硬度。维氏硬度与显微硬度HV：借助金刚石正四棱锥压头，测量试件上压痕的对角线尺寸。肖氏硬度HS：采用冲击载荷测试方式。借助特定重量的钻石锥形头或钢珠重物，从固定高度实施坠落，依据钢珠反弹的垂直距离，可以判定材料样本的坚硬程度。

6、肖氏硬度只能在相同弹性模量的材料之间进行硬度对比。金属材料的一般特性指标,2,金属材料的一般特性指标中的常规特性指标 硬度与抗拉强度之间的经验关联： 对于未经过热处理的钢材： 当HB值在175以下时，b值等于0.362乘以HB值，当HB值在175以上时，b值等于0.345乘以HB值 当HRB值在90以下时，b值等于2.6乘以10的3次方除以130减去HRB值，当HRB值在90以上时，b值等于2.61乘以10的3次方除以130减去HRB值 对于碳素钢： b值等于2.5乘以HS值 对于HRC值在27以下的碳钢，b值等于51.32乘以10的4次方除以100减去HRC值的平方 对于灰口铸铁： 当HB值在40以下时，b值等于HB减去40再除以6，当HB值在40以上时，b值等于48.46乘以10的4次方除以100减去HRC值的平方，且HRC值在27以下 对于铸钢： 当HB值在40以下时，b值等于0.3到0.4倍的HB值，当HRC值在40以下时，b值等于8.61乘以10的3次方除以100减去

HRC40,1.1 金属材料力学特性参数,2,1.1.2 金属材料其它特性参数 扭转性能 弯曲性能 压缩性能,1.1 金属材料力学特性参数,2,扭转测试：评估材料剪切扭转变形能力。适用于铆钉、传动主轴等部件,1.1 金属材料力学特性参数,2,弯曲测试：检测表面承载能力。针对脆性材料,表面经处理的工件,如铸铁件,焊接部位等衡量延性物质的延性。 采用三点弯曲测试。,1.1 金属力学特征参数,2,1.2.1 往复荷载 金属材料在循环应力影响下产生破坏的情况称作疲劳。,承受循环载荷的零件其内部应力变化模式,这种应力变化模式,2,1.2.2 在承受反复应力时材料的表现及特性 （1）抗疲劳能力 指材料面对循环应力影响时的耐受程度

（2）疲劳抵抗能力评估及特征 a 疲劳承载力 指应力反复作用下，材料能承受无限次循环而不出现损坏的最高应力值r，这就是该材料的疲劳承载力。 b 特定疲劳承载力（抗疲劳能力） 针对像铝合金这类非铁金属，以及处于高温或腐蚀环境中服役的铁基合金，不存在疲劳承载力，通常采用特定疲劳承载力作为衡量其疲劳抵抗能力的标准。通常情况下，能够承受超过五千一百零七万五千一百零八次应力循环而不发生断裂的最高应力值，被称为该材料的特定疲劳极限。当在某个固定的应力比率下，材料发生断裂前所能经受的应力循环次数，即为疲劳断裂的耐久指标。裂纹的延伸速度,1.2 疲 劳 的 程度,2,同一种物质在不一样的受力情形下,其抗疲劳的能力会有差异：承受均匀弯曲时,数值为0.4倍弹性模量,而承受均匀拉伸或压缩时,数值为0.28倍弹性模量

对称扭转系数为负零点二二倍b值，脉动弯曲系数为负零点六五倍b值，乘以一点二倍的疲劳强度，安全系数为两倍，在一点二点三倍交变应力下，考虑应力集中和应变集中的作用，同时分析尺寸变化的影响，通常尺寸增加会导致疲劳强度下降。尺寸效应可以通过尺寸系数体现,1.2 疲 劳 强 度,图2-25 锻钢疲劳极限的尺寸系数,2,（3）表面处理状况的影响,表面状况对疲劳极限的作用,可以用表面加工系数1说明,钢件表面加工系数 1抛光，2磨削，3精车， 4粗车，5轧制，6淡水腐蚀表， 7海水腐蚀表面,1.2 疲 劳 强 度,2,（4）表面锈蚀的作用,锈蚀环境对材料疲劳极限的作用,可以用腐蚀系数2说明 （5）表面强化的影

材料强化通常能提升材料的疲劳性能，当存在应力集中现象时，这种提升效果更为明显。表面强化对材料疲劳性能的影响程度，可以用表面强化系数3来衡量。,1.2 疲 劳 强 度,2,1.2.4 接触应力 1、接触面间的赫兹应力 两物体接触区域附近的应力分布理论，是基于赫兹（Hertz）的弹性理论而建立的。该理论指出，接触面的应力状态呈椭圆形特征，中心点的应力值最高。,1.2 疲 劳 强 度,2,2、圆柱体接触面的对称平面（y = 0）上，各点的应力分布情况,1.2 疲 劳 强 度,2,3、最大切应力的计算公式位置,切应力 yz（45）在z = 0.786 b的位置取得峰值。,交变切应力在轴或齿轮实际运行时，接触位置会持续变换，,对于零件上某个固定位置，各个应力成分都呈现周期性波动，,若仅考虑法向力影响，交变切应力yzn的最大值出现在z0等于0.5b处，,该最大值的大小为yznmax等于0.25j。摩擦力对接触应力产生作用，系数为三分之一时出现以下情况：主应力峰值会提升百分之三十九，切应力峰值会提升百分之四十三，交变应力峰值会提升百分之三十六，最大切应力位置从距离表面点七八六倍厚度处，转移到表面，并且向方向偏离点三倍厚度。