休息可以缓解人的疲劳;只要金属累了,休息也没用!最终的结果是疲劳到一定程度后金属断裂。在20世纪50年代,彗星的坠毁是由结构金属疲劳引起的。
大多数金属零件上的载荷在工作时是不断变化的,其大小和方向随时间周期性变化的应力称为交变应力;只改变大小而不改变方向的循环应力称为重复应力。交变应力和重复应力可以统称为循环应力。金属零件在承受循环应力时,经过一定次数的循环后,往往会在工作应力远小于抗拉强度(或屈服强度)时突然断裂。这种现象叫疲劳。据相关统计,80%的各种断裂损失是由各种疲劳引起的。金属疲劳是在什么条件下产生的?
疲劳是一种低应力循环延迟断裂,导致长寿命的断裂。断裂应力水平往往低于金属材料的抗拉强度甚至屈服强度。断裂寿命随应力而变化,应力高且短。应力低,使用寿命长。
疲劳发生时会发生脆性断裂。一般来说,疲劳的应力水平低于屈服强度,因此延性材料和脆性材料在疲劳断裂前都不会发生塑性变形。因此,疲劳是一种潜在的突发性骨折,具有很大的危险性。
疲劳对金属表面的缺陷非常敏感,如应力集中、缺口、裂纹、组织缺陷等。疲劳裂纹大多产生在金属表面有缺陷的薄弱区域,然后裂纹继续扩展。当裂纹扩展到一定程度时,金属零件会突然断裂。
疲劳极限是指金属材料在承受无限循环应力而不断裂时的最大应力值。因为无限应力循环后的疲劳试验很难实现,对于一般金属钢,循环次数是10的7次方。有色金属取10的八次方。在腐蚀介质作用下取10的六次方。
金属材料的疲劳受材料质量、表面质量、工作条件、零件形状和尺寸、表面残余应力等因素的影响。防止疲劳的方法如下:
零件的形状和尺寸要合理,因为要避免尖角、缺口和截面突变,因为这些地方容易引起应力集中,导致疲劳裂纹;如果尺寸增大,材料的疲劳极限降低;强度越高,疲劳极限降低越明显。
只要降低零件的表面粗糙度,就可以提高金属表面的加工质量。由于大部分疲劳源位于零件表面,所以氧化、脱碳、裂纹和夹杂物等表面缺陷应尽量减少。减少表面加工损伤,如刀痕、磨损痕迹和划痕。
金属表面应进行强化,如渗碳、渗氮、表面淬火、喷丸、轧制等,可有效提高疲劳强度。这是因为表面强化处理不仅提高了表面疲劳极限,而且在材料表面形成了一定深度的残余压应力。工作时,这部分压应力可以抵消一部分拉应力,使实际应力降低,从而增加疲劳极限。
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