金属的高温低周疲劳PPT学习教案

1、金属的高温低周疲劳金属疲劳的基本概念1、疲劳定义定义：材料在交变载荷作用下逐渐累积损伤、产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直至破坏的过程分类（以 次分界）：高周疲劳：应力小，周期短，寿命长低周疲劳：应力高，周期长，寿命短510第1页/共21页2、应力循环特征循环名称应力循环图max与min关系循环特性 Rm与a对称循环t0mmax=-minR=-1 m=0a=max =-min非对称循环tmax 0min 0且minmax-1R0m=0.5(max+min)a=0.5(max-min)m 0R=0m=0.5maxa=0.5max静恒定应力t0amax=minR=+1m=max =mina=0第2页/共2

2、1页3、应力应变循环t t t(a) 应力控制加载 循环硬化的应变响应 循环软化的应变响应t t t(b) 应变控制加载 循环硬化的应力响应 循环软化的应力响应恒应力和应变幅值下的循环硬化和循环软化现象第3页/共21页稳定的闭合的滞后回线t=e+pEe第4页/共21页4、疲劳特性曲线与疲劳极限 maxmax1 oN(a)Nlg maxmax1 oN(b )Nlg 疲劳特性曲线示意图 两种类型的疲劳曲线(S-N曲线)第5页/共21页平均应力对疲劳极限的影响Soderberg关系sma11bma1121)(1bmaGoodman关系Gerber关系1234mmmm4m3m2m1mafNlga1ms

3、bGoodmanGerberSoderberg第6页/共21页疲劳破坏的形式与过程疲劳是积累损伤过程，其断裂遵从材料一般的断裂过程，即由裂纹的萌生、裂纹的扩展和断裂三个阶段构成1、疲劳裂纹的萌生金属表面形成的挤入沟和挤出脊第7页/共21页金属材料表面形成挤入和挤出的位错模型1S1S2Sba,b11122322S1S1J2E2S21S141a第8页/共21页2、疲劳裂纹的扩展第9页/共21页疲劳塑性裂纹扩展的塑性钝化过程示意图第10页/共21页da/dN, mm/周次IKthKtKIIIIIImIKAdNda)(X典型的疲劳裂纹扩展速率曲线第11页/共21页3、疲劳断裂及其断口特征典型的疲劳断裂

4、宏观断口特征(a) 缺口敏感的材料；(b) 缺口不敏感材料(a) (b)第12页/共21页疲劳总寿命： 裂纹形成寿命+裂纹扩展寿命afNlg裂纹萌生最后破坏裂纹扩展第13页/共21页金属的低周疲劳特性1、低周疲劳特性关系式cffbffpetNNE)2()2(2222t总应变2p塑性应变2e弹性应变)(对数应变幅)(2对数失效反向数fNfEfc11b第14页/共21页2、汽轮机转子用钢的低周疲劳特性曲线2121ffpetNCNC0.00010.0010.010.1101102103104105Timo-SarneyP2M30Cr2MoVNft第15页/共21页3、影响钢的低周疲劳的主要因素材料塑

5、性的影响加载频率和保持时间的影响环境介质的影响晶粒大小的影响零件尺寸、形状、表面质量、交变应力的幅度等的影响第16页/共21页热疲劳与高温低周疲劳1、热疲劳现象 影响热应力大小的主要因素材料的线膨胀系数材料的导热率愈低材料的弹性模量温度循环变化愈大，即温差愈大温升率愈高即快速加热或冷却部件结构的厚重第17页/共21页2、热疲劳与高温低周疲劳的区别AISI347不锈钢的热疲劳与高温低周疲劳的比较 第18页/共21页区别原因：温度循环变化还会导致材料内部发生组织变化，这种在交变温度下的组织变化，要比恒温下的组织变化速度快。在热疲劳下，试样中的温度分布不均匀，塑性应变倾向于在温度最高的区域，因在这些局部最热区域屈服极限下降。应变循环的速率也有重要影响，热疲劳试验时的试验速度较低