金属疲惫试验纲领：察看疲惫现象和断口特点

金属疲惫试验纲领1．经过金属资料疲惫实验,测定金属资料的σ-1(107),绘制资料的S-N曲线,并察看疲惫损坏现象和断口特点,从而学会对称循环下测定金属资料疲劳极限的方法.2．主要设施:纯曲折疲惫试验机,游标卡尺;主要耗材:金属资料试样.(单点法需8-10根试样,成组法起码需20根试样.)金属疲惫试验指导书在足够大的交变应力作用下，于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺点等部位，都可能因较大的应力集中引起微观裂纹。分别的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹渐渐迟缓地扩展，构件横截面逐渐削弱，当达到必定限度时，构件会忽然断裂。金属因交变应力惹起的上述无效现象，称为金属的疲惫。静载下塑性性能很好的资料，当承受交变应力时，常常在应力低于折服极限没有显然塑性变形的状况下，忽然断裂。疲惫断口（见图2－30）显然地分为两个地区：较为圆滑的裂纹扩展区和较为粗拙的断裂区。裂纹形成后，交变应力使裂纹的双侧时而张开时而闭合，互相挤压频频研磨，圆滑区就是这样形成的。载荷的中断和大小的变化，在圆滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗拙的断裂区，则是最后忽然断裂形成的。统计数据表示，机械部件的失效，约有70%左右是疲惫惹起的，并且造成的事故大部分是灾害性的。

所以，经过实验研究金属资料抗疲惫的性能是有实质意义的。一﹑实验目的1.察看疲惫无效现象和断口特点。2.认识测定资料疲惫极限的方法。二、实验设施1.疲惫试验机。2.游标卡尺。三﹑实验原理及方法在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值r=（2-16）称为循环特点或应力比。在既定的r下，若试样的最大应力为σ，经历N1次循环后，发生疲惫无效，则N1称为最大应力为σ时的疲惫寿命（简称寿命）。实验表示，在同一循环特点下，最大应力越大，则寿命越短；跟着最大应力的降低，寿命快速增添。表示最大应力σmax与寿命N的关系曲线称为应力-寿命曲线或S-N曲线。碳钢的S-N曲线如图2－31所示。从图线看出，当应力降到某一极限值σr时，S-N曲线趋近于水平线。即应力不超出σr时，寿命N可无穷增大。称为疲惫极限或长久极限。下标r表示循环特点。实验表示，黑色金属试样如经历107次循环仍未无效，则再增添循环次数7一般也不会无效。故可把10次循环下仍未无效的最大应力作为长久极限σr。而把N0=107称为循环基数。有色金属的S-N曲线在N>5×108时常常仍未趋于水平,往惯例定一个循环基数N0,比如取N0=108,把它对应的最大应力作为“条件”长久极限。

工程问题中，有时依据部件寿命的要求，在规定的某一循环次数下，测出σmax，并称之为疲惫强度。它有别于上边定义的疲惫极限。用旋转曲折疲惫实验来测定对称循环的疲惫极限σ-1.设施简单最常使用。各种旋转曲折疲惫试验机迥然不一样，图2-32为这种试验机的原理表示图。试样1的两头装入左右两个心轴2后，旋紧左右两根螺杆3。使试样与两个心轴构成一个承受曲折的“整体梁”上，它支承于两头的滚珠轴承4上。载荷P经过加力架作用于“梁”上，其受力简图及弯矩图如图2-33所示。梁的中段（试样）为纯曲折，且弯矩为M=Pɑ。“梁”由高速电机6带动，在套筒7中高速旋转，于是试样横截面上任一点的曲折正应力，皆为对称循环交变应力，若试样的最小直径为dmin，最小截面边沿上一点的最大和最小应力为＝，＝-(2-17)式中I=d。试样每旋转一周，应力就达成一个循环。试样断裂后，套筒压迫停止开关使试验机自动停机。这时的循环次数可由计数器8中读出。四﹑实验方法这里介绍的单点实验法的依照是标准-80（第三机械工业部标准，金属室温旋转曲折疲惫实验方法）。这种方法在试样数目受限制的状况下，可用以近似地测定S-N曲线和大略地预计疲惫极限。

更精准地确立资料抗疲惫的性能应采纳起落法。单点实验法起码需8～10根试样，第一根试样的最大应力约为σ1＝（～）σb，经N1次循环后无效。继取另一试样使其最大应力σ2=～σb，若其疲惫寿77命N10。这样，资料的长久极限σ-1在σ1与σ2之间。在σ1与σ2之间插入4～5个等差应力水平，它们分别为σ3﹑σ4﹑σ5﹑σ6，逐级递减进行实验，相应的寿命分别为N3﹑N4﹑N5﹑N6。这即可能出现两种状况：（1）与σ6相应的N6107,且σ7,且σ6-σ-1为σ7与σ6的均匀值,即σ-1=(σ7+σ6)。7≤△σ*,则σ*,则σ（2）与σ76相应的N6>10，这时以σ6和σ5代替上述状况的σ2和σ6，用同样的，这时以σ6和σ5代替上述状况的σ2和σ6，用同样的方法确立长久极限。五﹑试样的制备同一批试样所用资料应为同一牌号和同一炉号，并要求质地均匀没出缺点。疲惫强度与试样取料部位﹑锻压方向等相关，并受表面加工﹑热办理等工艺条件的影响较大。所以，试样取样应防止在型材端部，对锻件要取在同一锻压方向或纤维延长方向。同批试样热办理工艺同样。切削时应防止表面过热，惹起较大剩余应力。不可以有周线方向的刀痕，试样的试验部位要磨削加工，粗拙度为～。

过渡部位应有足够的过渡圆角半径。圆弧形圆滑小试样如图2-34所示，其最小直径为7～10mm，试样的其余外形尺寸，因疲惫试验机不一样而异，没有一致规定。六﹑实验步骤以M=Pa和I=代式（2-17），求得最小直径截面上的最大曲折正应为：σ=令K=，则上式可改写成P=Kσ(2-18)K称为加载乘数，它可依据试验机的尺寸a和试样的直径dmin预先算出，并制成表格。在试样的应力σ确立后，即可计算出应施加的载荷P。载荷中包含套筒﹑砝码盘和加力架的重量G，所以，应加砝码的重量实为P’=P-G=Kσ-G(2-19)现将试验步骤简述以下：（1）丈量试样最小直径dmin；（2）计算或查出K值；（3）依据确立的应力水平σ，由式（）计算应加砝码的重量P’;(4)将试样安装于套筒上，拧紧两根连结螺杆，使与试样成为一个整体；（5）连结挠性连轴节；（6）加上砝码；（7）开机前托起砝码，在运行安稳后，快速无冲击地加上砝码，并将计数器调零；（8）试样断裂或记下寿命N，取下试样描述疲惫损坏断口的特征。实验时应注意的事项：（1）未装试样前严禁启动试验机，免得挠性连轴节甩出；（2）实验进行中如发现连结螺杆松动，应立刻停机从头安装。七﹑实验结果办理1.以下状况实验数据无效：载荷过高致试样曲折变形过大，造成半途停机；断口有显然夹渣以致寿命偏低。2.将所得实验数据列表；而后以lgN为横坐标，σmax为纵坐标，绘制圆滑的S-N曲线，并确立σ-1的大概数值。3.报告中绘出损坏断口，指出其特点。