项目一 金属材料的性能

1、 2022-7-4项目一 金属材料的性能 2022-7-4课程的性质课程的性质课程性质：专业基础课研究对象：金属材料 2022-7-4课程的含义课程的含义目的 学习本课程的目的是使学生获得常用金属材料的种类、成分、组织和性能的基本知识。科学含义 研究金属材料的成分、组织结构、热处理与性能之间关系的科学。 2022-7-4性能与成分和加工工艺的关系性能与成分和加工工艺的关系成分: 材料的成分不同，其内部组织结构就不同，其性能也就不同；如钢和铸铁；热处理可以使材料的性能在很大的范围内变化，如刀具的淬火；冷塑性变形可以产生加工硬化，从而改变材料的性能；金属的性能首先取决于其内部组织结构，而组织结构又

2、取决于化学成分和加工工艺（热处理）。 2022-7-4本课程的任务就是以金属材料的性能金属材料的性能为核心，以培养培养学生的能力学生的能力为目标，以金属材料的应用金属材料的应用为出发点，介绍常用金属材料的性能与成分、组织结构、加工工艺性能与成分、组织结构、加工工艺之间的关系，重点是汽车工业中常用的金属材料。课程的任务和要求课程的任务和要求 2022-7-4课程基本要求（教学目标）课程基本要求（教学目标）1. 1. 了解常用工程材料的成分、结构、组织和性能的关系及了解常用工程材料的成分、结构、组织和性能的关系及 变化规律。变化规律。2. 2. 掌握常用工程材料的种类、牌号、性能及用途。对典型掌握

3、常用工程材料的种类、牌号、性能及用途。对典型 的汽车零部件和工具等会合理正确地选用工程材料。的汽车零部件和工具等会合理正确地选用工程材料。3. 3. 具有正确选择一般零件热处理工艺方法的能力。具有正确选择一般零件热处理工艺方法的能力。 2022-7-4工程材料工程材料其他工程其他工程材料材料机械工程机械工程固体材料固体材料非金属材非金属材料料金属材料金属材料有色金属有色金属黑色金属黑色金属钢铁材料钢铁材料铜、金、铜、金、铝、银铝、银等等高分子材料、陶瓷高分子材料、陶瓷材料、复合材料等材料、复合材料等金属材料黑色金属如铁、钢等灰口铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢等有色金属如铜、铝等纯铜、黄铜、青铜

4、、纯铝、铝合金、纯钛、钛合金等非金属材料高分子材料如塑料、橡胶等热塑性塑料、热固性塑料、天然或合成橡胶等陶瓷材料如普通陶瓷、特种陶瓷等粘土陶瓷、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷等复合材料如粒子增强复合材料、纤维增强复合材料等纤维树脂复合材料、纤维金属复合材料等 2022-7-4第一讲 金属材料的性能 金属材料的性能包含金属材料的性能包含工艺工艺性能性能和和使用使用性能性能。工艺性能：工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能以及切削加铸造性能、锻造性能、焊接性能以及切削加工性能工性能等等 。使用性能：使用性能：物理性能、化学性能和力学性能物理性能、化学性能和力学性能 性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 铸

5、造性能铸造性能 锻压性能锻压性能焊接性能焊接性能 切削加工切削加工性能性能 压力加工性能压力加工性能 热处理工艺性能热处理工艺性能 性能使使用用性性能能工工艺艺性性能能 力学性能力学性能 物理性能物理性能 化学性能化学性能 强度、硬度、塑性、冲击韧性和疲劳 熔点、密度以及导电性、导热性、磁性 耐腐蚀性和抗氧化性一、金属的工艺性能一、金属的工艺性能1. 1.铸造性能铸造性能 铸造性能就是金属熔化成液态后，在铸造成型时所具有的一种特性。铸造性能就是金属熔化成液态后，在铸造成型时所具有的一种特性。2. 2.锻造性能锻造性能 锻压性锻压性能能就是金属材料在锻造和冲压过程中承受塑性变形的性能。就是金属材

6、料在锻造和冲压过程中承受塑性变形的性能。3. 3.焊接性焊接性能能 焊接性焊接性能能是指材料在限定的施工条件下焊接成满足设计要求的构件，并满足是指材料在限定的施工条件下焊接成满足设计要求的构件，并满足预定寿命要求的能力。预定寿命要求的能力。4. 4.切削加工性切削加工性能能 金属材料的切削加工性金属材料的切削加工性能能是指金属切削加工的难易程度。是指金属切削加工的难易程度。5. 5. 压力加工压力加工压力加工是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、压力加工是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加

7、工，又称尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加工，又称金属塑性加工。金属塑性加工。6. 6.热处理工艺性能热处理工艺性能金属材料适应各种热处理工艺的性能称为热处理工艺性能。金属材料适应各种热处理工艺的性能称为热处理工艺性能。二、二、 金属的物理性能金属的物理性能 金属的物理性能主要包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、金属的物理性能主要包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。导电性和磁性等。1 1、金属的物理性能、金属的物理性能（1 1）密度）密度 一般将密度小于一般将密度小于5 510103 3Kg/mKg/m3 3的金属称为轻金属，密度大于的金属称为轻金属，密度

8、大于5 510103 3Kg/mKg/m3 3的金属称为重金属。的金属称为重金属。VM（2 2）熔点熔点 金属和合金熔化时所需要的温度称为熔点。纯金属都有固定金属和合金熔化时所需要的温度称为熔点。纯金属都有固定的熔点，合金的熔点取决于它的化学成分。的熔点，合金的熔点取决于它的化学成分。（3 3）导热性导热性 金属材料传递热量的性能称为导热性。金属的热导率越大，金属材料传递热量的性能称为导热性。金属的热导率越大，它的导热性就越好。它的导热性就越好。（4 4）导电性）导电性 金属材料传导电流的能力称为导电性。电阻率是表示材料导金属材料传导电流的能力称为导电性。电阻率是表示材料导电能力的性能指标。电

9、能力的性能指标。（5 5）热膨胀性热膨胀性 金属材料随温度变化而体积发生膨胀或收缩的特性称为热膨金属材料随温度变化而体积发生膨胀或收缩的特性称为热膨胀性。胀性。（6 6）磁性磁性 金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。三、金属的化学性能三、金属的化学性能 主要的化学性能有：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性主要的化学性能有：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性1. 1.耐腐蚀性耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗氧气、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏金属材料在常温下抵抗氧气、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性作用的能力称为耐腐蚀性 。2. 2.抗氧化性抗氧

10、化性 金属材料在加热时阻止氧化作用的能力称为抗氧化性。金属金属材料在加热时阻止氧化作用的能力称为抗氧化性。金属的氧化性随温度的升高而增加的氧化性随温度的升高而增加 。3. 3.化学稳定性化学稳定性 化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。材料在高温下的化学稳定性称为热稳定性。四四 、金属的力学性能、金属的力学性能 金属材料在外力（载荷）作用下所表现出来的性能，称金属材料在外力（载荷）作用下所表现出来的性能，称为力学性能，或机械性能。力学性能主要有强度、塑性、硬为力学性能，或机械性能。力学性能主

11、要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳极限等。度、冲击韧性、疲劳极限等。1. 1.力学基本概念力学基本概念（1 1）载荷）载荷载荷就是物体受到的外力，也称负载。载荷就是物体受到的外力，也称负载。按载荷作用性质可以分为静载荷、冲击载荷及交变载荷等三种。静载荷静载荷：是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。冲击载荷冲击载荷：在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。交变交变载荷载荷 ：是指大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。根据载荷作用形式又可以分为拉伸载荷拉伸载荷、压缩载荷压缩载荷、弯曲载荷弯曲载荷、剪切载荷剪切载荷和扭转载荷扭转载荷等。（2 2）变形）变形材料在外力的作用下将发生形状和尺寸

12、变化，称为材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形变形。外力去处后能够恢复的变形称为外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形弹性变形。外力去处后不能恢复的变形称为外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形塑性变形。 （3 3）内力）内力材料受外力作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的与外力相对抗的力。 注意注意：内力一定是在外力的作用下，材料内部所产生的相互作用力。（4 4）应力）应力假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的力。即：SF2 2、强度、强度强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。根据所加载荷

13、的形式，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和根据所加载荷的形式，可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。抗剪强度。 金属力学性能的测量方法金属力学性能的测量方法1 1、强度、塑性的测定、强度、塑性的测定 抗拉强度是通过拉伸试验测定的。抗拉强度是通过拉伸试验测定的。 （1 1）拉伸试棒）拉伸试棒 拉伸试棒的形状一般有圆形和矩形两类，通常采用拉伸试棒的形状一般有圆形和矩形两类，通常采用圆形试棒圆形试棒。拉伸试样（拉伸试样（GB/T228-2010）长试样：长试样：L0=10d0短试样：短试样：L0=5d0（2）拉伸曲线）拉伸曲线oeoe 弹性变形阶段弹性变形阶段 es es 屈服阶段屈服阶段

14、 smsm强化阶段（均匀强化阶段（均匀塑性变形阶段塑性变形阶段 ）mkmk 缩颈阶段缩颈阶段力-伸长曲线oe：弹性变形阶段：试样变形完全是弹性的，这种随载荷的存在而产生，随载荷的去除而消失的变形称为弹性变形。Fe为试样能恢复到原始形状和尺寸的最大拉伸力。es：屈服阶段：当拉力超过Fe时试样除产生弹性变形，还产生部分塑性变形，若此时卸载，则试样的伸长只能部分恢复。此时外力不增加或变化不大，试样仍继续伸长并开始出现明显塑性变形，力-伸长曲线上出现锯齿，称为屈服。sm：均匀塑性变形阶段 ：随塑性变形增加，试样变形抗力也逐渐增加，产生加工硬化。这种现象称为形变强化（或称加工硬化）。Fm为试样拉伸的最大

15、载荷。mk：缩颈阶段（局部塑性变形阶段）当载荷达到最大值Fm后，试样局部横截面积减小，伸长量增加，形成“缩颈”。韧性断口韧性断口拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象铸铁拉伸曲线铸铁拉伸曲线脆性断口脆性断口工程上使用的金属材料，多数没有明显的屈服现象，有些脆性材料，在断裂前塑性变形量很小，甚至不发生塑性变形。如灰铸铁、淬火高碳钢等。以弯曲一块钢板为例，用手稍微弯曲钢板，然后放开，则钢板会回弹恢复到原来的形状，这种在除去载荷后能自动消失的变形，称为弹性变形弹性变形，而钢板恢复原状的特性称为弹性弹性。若在钢板上施加较大力量使钢板弯曲，卸载后会出现无法恢复原状的永久变形，这种在除去载荷后不能消失的变形

16、，称为塑性变形塑性变形，钢板产生塑性变形而不被破坏的能力称为塑性塑性。材料具有良好的塑性，有利于对金属材料进行加工，如汽车驾驶室外壳、油箱等零部件的加工成型，因变形量很大，必须选用具有塑性较好的金属材料经冷冲压加工成型。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都会发生变化，因此，金属的塑性可以用拉伸时的断后伸长率断后伸长率和断面收缩率断面收缩率两个指标来衡量，可在拉伸试验中测定。 钢板弹性和塑性变形3 3、塑性、塑性3 3、塑性、塑性 金属材料的塑性通常用断后伸长率金属材料的塑性通常用断后伸长率A A和断面收缩率和断面收缩率Z Z 来来表示。表示。（1 1）断后伸长率断后伸长率断后伸长率是试样拉断

17、后标距增长量与原始标距长度的百分比。断后伸长率是试样拉断后标距增长量与原始标距长度的百分比。 %10000uLLLA（2 2）断面收缩率断面收缩率断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面面积的断面收缩率是指试样拉断后断面处横截面面积的相对收缩值。相对收缩值。 %1000u0SSSZA、Z值越大，说明材料在断裂前产生的塑性变形量越大，材料的塑性越好！ 强度与塑性是一对相互矛盾的性能指标。在金属材料的工程应用中，要提高强度，就要牺牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必须牺牲一部分强度。 正所谓“鱼和熊掌二者不能兼得”。但通过细化金属材料的显微组织，可以同时提高材料的强度和塑性。4 4、硬、硬 度度硬度的

18、含义硬度的含义布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度维氏硬度维氏硬度常用的表示方法常用的表示方法硬度是指金属材料表面抵抗局部塑性变形或破坏的能力，是衡量金属材料软硬程度的指标。金属材料的硬度越高，其耐磨性能越好。 在在一定载荷一定载荷F作用下，将一定直径作用下，将一定直径D的压头（球体）压入被测材料的表的压头（球体）压入被测材料的表面，保持规定时间后将载荷卸掉，使用读数显微镜测出压痕直径面，保持规定时间后将载荷卸掉，使用读数显微镜测出压痕直径d，根据，根据d值查平面布氏硬度值计算表可得硬度值。值查平面布氏硬度值计算表可得硬度值。 1 1）布氏硬度测量原理）布氏硬度测量原理布氏硬度计2 2）布氏硬度的

19、符号及表示方法）布氏硬度的符号及表示方法布氏硬度用布氏硬度用HBWHBW表示，压头为硬质合金球，布氏硬度上限值为表示，压头为硬质合金球，布氏硬度上限值为650HBW650HBW，不，不能高于此值，否则硬质合金球的压痕太大，误差较大。能高于此值，否则硬质合金球的压痕太大，误差较大。表示方法：硬度值表示方法：硬度值+ +硬度符号硬度符号+ +试验条件。试验条件。按以下顺序用数值表示试验条件：按以下顺序用数值表示试验条件：球体直径；球体直径；试验力；试验力；试验力保持时间（持续时间为试验力保持时间（持续时间为101015s15s时可不标注）。时可不标注）。例如，例如，200HBW10/1000/30

20、200HBW10/1000/30表示用直径为表示用直径为10mm10mm的硬质合金球压头，在的硬质合金球压头，在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）的作用下，保持）的作用下，保持30s30s，测得的布氏硬度值为，测得的布氏硬度值为200MPa200MPa（MpaMpa通常不标注）。通常不标注）。压痕直径压痕直径d d越大，金属材料的布氏硬度值越低，反之越高。越大，金属材料的布氏硬度值越低，反之越高。3 3）布氏硬度的特点及适用范围）布氏硬度的特点及适用范围优点：优点：试验时试样上的压痕面积较大，能较好地反映材料的平均硬试验时试样上的压痕面积较大，能较好地反映材料的平均硬

21、度，测量精度高，测量误差小，数据稳定。度，测量精度高，测量误差小，数据稳定。缺点：缺点：压痕较大，不适合测量成品及薄件。压痕较大，不适合测量成品及薄件。适用范围：适用范围：布氏硬度测试法主要适用于铸铁、非铁金属及经过退火、布氏硬度测试法主要适用于铸铁、非铁金属及经过退火、正火和调质处理的钢材。正火和调质处理的钢材。用锥顶角为用锥顶角为120120的金刚石圆锥体或直径的金刚石圆锥体或直径1.588mm1.588mm的淬的淬火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间火钢球，以相应试验力压入待测表面，保持规定时间后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增量来计算后卸除主试验力，以测量的残余压痕深度增

22、量来计算出硬度值。出硬度值。压头压入的深度越大，金属材料的洛氏硬度值越低，压头压入的深度越大，金属材料的洛氏硬度值越低，反之越高。反之越高。实际测量时，硬度值可以从洛氏硬度计的刻度盘上直实际测量时，硬度值可以从洛氏硬度计的刻度盘上直接读出。接读出。1)1)洛氏硬度测量原理洛氏硬度测量原理洛氏硬度计洛氏硬度计根据压头的种类和总载荷的大小不同，洛氏硬度的表示方式也不同，通常有HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC三种。 常用三种洛氏硬度试验条件及应用举例 硬度符号压头类型初始试验力N主试验力N硬度值有效范围应用举例HRA120圆锥体金钢石98.07490.32088硬质合金,表面硬化零件等HRB

23、1.588mm钢球98.07882.620100非铁金属,退火钢,合金钢等低硬度零件HRC120圆锥体金钢石98.0713732067碳钢、工具钢、合金钢等经淬火、回火处理的零件HRA、HRB、HRC分别测得的硬度，不可直接比较大小表示为：表示为：硬度值硬度值+ +硬度符号硬度符号。（。（无单位）无单位）例如：例如：60HRC60HRC表示用表示用C C标尺测得的洛氏硬度值为标尺测得的洛氏硬度值为60.60.2）洛氏硬度表示方法）洛氏硬度表示方法洛氏硬度没有单位，是一个无量纲的力学性能指标。洛氏硬度没有单位，是一个无量纲的力学性能指标。3）洛氏硬度特点：）洛氏硬度特点：优点优点：缺点缺点 ：测

24、量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，可用于测测量操作简单，方便快捷，压痕小；测量范围大，可用于测量成品和薄件，尤其是淬火后的工件。量成品和薄件，尤其是淬火后的工件。压痕较小，测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不压痕较小，测量精度较低，可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。能比较。4）洛氏硬度应用：）洛氏硬度应用：维氏硬度计维氏硬度计维氏硬度试验原理维氏硬度试验原理维氏硬度压痕维氏硬度压痕小负荷维氏硬度计小负荷维氏硬度计显微维氏硬度计显微维氏硬度计用锥面夹角为用锥面夹角为136136的金刚石四棱锥体作为压头，以一定的试验力将压头压入试的金刚石四棱锥体作为压头，以一定的试验力将压头压入试

25、样表面，保持规定时间卸载后，在试样表面留下一个四方锥形的压痕，利用刻样表面，保持规定时间卸载后，在试样表面留下一个四方锥形的压痕，利用刻度放大镜测出压痕对角线长度，通过查表可得出维氏硬度值。度放大镜测出压痕对角线长度，通过查表可得出维氏硬度值。2 2）表示方法）表示方法 维氏硬度用符号维氏硬度用符号HVHV表示。表示。表示方法：表示方法：硬度值硬度值+ +硬度符号硬度符号+ +测试条件测试条件例如：例如：580580HVHV/30/20/30/20表示在表示在30kgf30kgf载荷作用下，保持载荷作用下，保持20s20s测得的维氏硬度值为测得的维氏硬度值为580MPa580MPa（MpaMp

26、a通常不标注）。通常不标注）。1）维氏硬度测量原理）维氏硬度测量原理优点：优点：适用范围广，测量范围为适用范围广，测量范围为5-3000HV5-3000HV，从极软到极硬材料都可测，从极软到极硬材料都可测量，尤其适合测定表面淬硬层及化学热处理表面层等硬度量，尤其适合测定表面淬硬层及化学热处理表面层等硬度; ;测量精度高，测量精度高，可比性强；能测较薄工件。材料可以通过维氏硬度值直接比较大小。可比性强；能测较薄工件。材料可以通过维氏硬度值直接比较大小。缺点：缺点：测量操作较麻烦，测量效率低。测量操作较麻烦，测量效率低。4）应用：）应用：广泛用于科研单位和高校，以及薄件表面硬度检验。不适于广泛用于

27、科研单位和高校，以及薄件表面硬度检验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。大批生产和测量组织不均匀材料。3）特点：）特点：维氏硬度保留了布氏硬度和维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点。洛氏硬度的优点。通过上述力学性能讲述，可以看出：通过上述力学性能讲述，可以看出：刚度刚度是指材料在受力时抵抗弹性变形的能力。硬度硬度是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。强度强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。强度强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标，是机械零部件首先应满足的基本要求。5 5、冲击韧性、冲击韧性 是指金属材料在是指金属材料在冲击载荷作用下冲击载荷作用下抵抗变形和

28、断裂的能力。抵抗变形和断裂的能力。一次冲击一次冲击摆锤摆锤试验试验冲击韧性的测定方法冲击韧性的测定方法试样被冲断过程中吸收的能量即试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收能量冲击吸收能量（K K ）等于摆锤冲击试）等于摆锤冲击试样前后的势能差。样前后的势能差。()kuAmg Hh( J )( J )K 冲击吸收能量的值越大，材料的韧性越大，越可以承受较大的冲击载荷。 一般把冲击吸收能量低的材料称为脆性材料，冲击吸收能量高的材料称为韧性材料。低温脆性随温度降低，材料由韧性状态转变为脆性状态的现象 。冷脆材料因温度降低导致冲击韧性的急剧下降并引起脆性破坏的现象。冲击韧性与温度有密切的关系，温度降低，冲

29、击韧性随之降低。当低于某一温度时材料的韧性急剧下降，材料将由韧性状态转变为脆性状态。这一温度称为转变温度。转变温度越低，表明材料的低温韧性越好，对于在寒冷地区使用的材料要十分重要。金属材料的成分对韧脆转变温度的影响很大，一般的碳素钢，其韧脆转变温度（ Tt ）大约为-20，某些合金钢的韧脆转变温度（ Tt ）可达-40以下。TITANIC建造中的建造中的Titanic 号号TITANIC的沉没的沉没与船体材料的质量与船体材料的质量直接有关直接有关1912年4月号称永不沉没的泰坦尼克号（Titanic）首航沉没于冰海，成了20世纪令人难以忘怀的悲惨海难。20世纪80年代后，材料科学家通过对打捞上

30、来的泰坦尼克号船板进行研究，回答了80年的未解之谜。由于Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，当船在冰水中撞击冰山时，脆性船板使船体产生很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。下图中左面的试样取自海底的Titanic号，冲击试样是典型的脆性断口，右面的是近代船用钢板的冲击试样。6 6、疲劳强度、疲劳强度 想想 一一 想想想想 一一 想想人工作久了就会感到疲劳，难道金属工作久了也会疲劳吗？金属的疲劳能得到恢复吗？金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳。1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路

31、交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。事故的原因已经查清，是因为一节车厢的车轮“内部疲劳断裂”引起的。首先是一个车轮的轮箍发生断裂，导致车轮脱轨，进而造成车厢横摆，此时列车正好过桥，横摆的车厢以其巨大的力量将桥墩撞断，造成桥梁坍塌，压住了通过的列车车厢，并使已通过桥洞的车头及前5节车厢断开，而后面的几节车厢则在巨大惯性的推动下接二连三地撞在坍塌的桥体上，从而导致了这场近50年来德国最惨重的铁路事故。2007年11月2日，一架美军 F-15C鹰式战斗机在做空中缠斗飞行训练时，飞机突然凌空解体，一份调查结果表明，飞机的关键支撑构件桁梁出现了金属疲劳问题。6 6、疲劳强度、疲劳强度 零件在

32、受到循环应力作用时，经过一定的循环周次后，在工作应力远小于抗拉强零件在受到循环应力作用时，经过一定的循环周次后，在工作应力远小于抗拉强度（甚至屈服强度）的情况下突然断裂的现象称为度（甚至屈服强度）的情况下突然断裂的现象称为疲劳破坏疲劳破坏。 金属材料在交变载荷作用下所能承受的不引起断裂的最大应力金属材料在交变载荷作用下所能承受的不引起断裂的最大应力 ，叫，叫疲劳强度。疲劳强度。 各类断裂失效中，约各类断裂失效中，约80%是由于各种不同类型的疲劳破坏所造成的。是由于各种不同类型的疲劳破坏所造成的。对于一般低、中强度钢，当循环次对于一般低、中强度钢，当循环次数达到数达到10107 7次仍不断裂时能

33、承受的最次仍不断裂时能承受的最大循环应力作为疲劳极限，在腐蚀大循环应力作为疲劳极限，在腐蚀介质作用下取介质作用下取N=10N=106 6 ；对高强度钢取对高强度钢取N=10N=108 8；对于有色金属，应力循环次数一般对于有色金属，应力循环次数一般取取 N = 108 。S-N曲线示意图当应力低于某一值时（图中为3），材料经无限次应力循环后也不会发生疲劳断裂，这一应力值称为疲劳极限疲劳极限。 材料有杂质、表面划伤等缺陷材料有杂质、表面划伤等缺陷应力集中应力集中 微裂纹微裂纹 裂纹扩展裂纹扩展 破破 坏坏 材料方面材料方面降低零件的表面粗糙度值降低零件的表面粗糙度值，提高表面加工质量。，提高表面加工质量。设计方面设计方面改善零件表面加工质量改善零件表面加工质量，尽量减小能成为疲劳裂纹源的表面缺陷和表面损伤，尽量减小能成为疲劳裂纹源的表面缺陷和表面损伤（擦伤、刀痕、生锈等）；（擦伤、刀痕、生锈等）；工艺方面工艺方面 采用各种表面强化处理采用各种表面强化处理，如化学热处理、表面淬火、喷丸