《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件

《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件,材料性能學(xué),材料,性能,全套,PPT,課件 DEPARTMENT OF CHEMISTRY AND MATERIALS ENGINEERING,LYUN 1979 1979年，一架美國(guó)的年，一架美國(guó)的“DC-10DC-10”大型客機(jī)在芝加哥奧黑大型客機(jī)在芝加哥奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛不久就墜毀。爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛不久就墜毀。19851985年年8 8月，日航的一架月，日航的一架5ALl235ALl23客機(jī)，由于后部壓力隔客機(jī)，由于后部壓力隔板的開裂而墜毀。板的開裂而墜毀。20022002年年5 5月，臺(tái)灣中華航空公司一架波音月，臺(tái)灣中華航空公司一架波音747747客機(jī)在臺(tái)灣客機(jī)在臺(tái)灣海峽貶空突然解體，造成海峽貶空突然解體，造成225225人遇難。人遇難。事后的調(diào)查結(jié)果顯示，上述的機(jī)毀人亡事故均是由飛機(jī)事后的調(diào)查結(jié)果顯示，上述的機(jī)毀人亡事故均是由飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞破壞引起的。結(jié)構(gòu)的疲勞破壞引起的。飛機(jī)的疲勞、腐蝕和磨損是引起飛機(jī)事故的飛機(jī)的疲勞、腐蝕和磨損是引起飛機(jī)事故的3 3種主要模種主要模式。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)由結(jié)構(gòu)引發(fā)的故障，式。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)由結(jié)構(gòu)引發(fā)的故障，80%80%以上是以上是由疲勞失效引起的。飛機(jī)疲勞壽命主要取決于兩個(gè)方面因素：由疲勞失效引起的。飛機(jī)疲勞壽命主要取決于兩個(gè)方面因素：一方面是飛機(jī)自身的內(nèi)部因素，即飛機(jī)結(jié)構(gòu)的一方面是飛機(jī)自身的內(nèi)部因素，即飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)疲勞設(shè)計(jì)、材材料和加工質(zhì)量料和加工質(zhì)量等；另一方面是飛機(jī)的外部因素，即飛機(jī)的等；另一方面是飛機(jī)的外部因素，即飛機(jī)的實(shí)實(shí)際使用載荷際使用載荷。前言前言材料的疲勞問題研究從近材料的疲勞問題研究從近150150多年開始一直受到人們的關(guān)注，原因多年開始一直受到人們的關(guān)注，原因之一就是工程中的零件或構(gòu)件的破壞之一就是工程中的零件或構(gòu)件的破壞80%80%以上以上是由于疲勞引起。是由于疲勞引起。疲勞破壞表現(xiàn)的形式：疲勞破壞表現(xiàn)的形式：機(jī)械疲勞機(jī)械疲勞外加應(yīng)力外加應(yīng)力/應(yīng)變波動(dòng)造應(yīng)變波動(dòng)造成的。成的。蠕變疲勞蠕變疲勞循環(huán)載荷與高溫聯(lián)合作循環(huán)載荷與高溫聯(lián)合作用下的疲勞。用下的疲勞。熱機(jī)械疲勞熱機(jī)械疲勞循環(huán)受載部件的溫度循環(huán)受載部件的溫度變動(dòng)時(shí)材料的疲勞。變動(dòng)時(shí)材料的疲勞。腐蝕疲勞、接觸疲勞、微動(dòng)疲勞、腐蝕疲勞、接觸疲勞、微動(dòng)疲勞、電致疲勞等等。電致疲勞等等。1 1、變動(dòng)載荷、變動(dòng)載荷 疲勞斷裂。疲勞斷裂。2 2、研究疲勞的一般規(guī)律、研究疲勞的一般規(guī)律、疲勞破壞過程及機(jī)理、疲勞破壞過程及機(jī)理、疲勞力學(xué)性能及其影響因素等。疲勞力學(xué)性能及其影響因素等。工程中許多機(jī)件和構(gòu)件服役時(shí)都承受工程中許多機(jī)件和構(gòu)件服役時(shí)都承受變動(dòng)載荷變動(dòng)載荷，如曲軸、連桿、齒輪、輥?zhàn)?、葉片及橋梁等，它如曲軸、連桿、齒輪、輥?zhàn)?、葉片及橋梁等，它們的失效形式主要是疲勞斷裂。們的失效形式主要是疲勞斷裂。第一節(jié)第一節(jié) 疲勞破壞的一般規(guī)律疲勞破壞的一般規(guī)律一、疲勞破壞的變動(dòng)應(yīng)力一、疲勞破壞的變動(dòng)應(yīng)力變動(dòng)載荷是指載荷大小，甚至方向隨變動(dòng)載荷是指載荷大小，甚至方向隨時(shí)間變化的載荷。時(shí)間變化的載荷。變動(dòng)載荷在單位面積上的平均值稱為變動(dòng)載荷在單位面積上的平均值稱為變動(dòng)應(yīng)力變動(dòng)應(yīng)力。疲勞：工件在變動(dòng)載荷和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，疲勞：工件在變動(dòng)載荷和應(yīng)變長(zhǎng)期作用下，因累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。因累積損傷而引起的斷裂現(xiàn)象。規(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)力（循環(huán)應(yīng)力）規(guī)則周期變動(dòng)應(yīng)力（循環(huán)應(yīng)力）無規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力無規(guī)則隨機(jī)變動(dòng)應(yīng)力一、疲勞破壞的變動(dòng)應(yīng)力一、疲勞破壞的變動(dòng)應(yīng)力圖5-1 變動(dòng)應(yīng)力示意圖一般機(jī)件承受的變動(dòng)應(yīng)力多為循環(huán)應(yīng)力。變化的一般機(jī)件承受的變動(dòng)應(yīng)力多為循環(huán)應(yīng)力。變化的波形有正弦波、矩形波和三角波等。其中最常見的為波形有正弦波、矩形波和三角波等。其中最常見的為正弦波。正弦波。表征應(yīng)力循環(huán)特征的參量表征應(yīng)力循環(huán)特征的參量 最大循環(huán)應(yīng)力最大循環(huán)應(yīng)力max，最小循環(huán)應(yīng)力，最小循環(huán)應(yīng)力min；平均應(yīng)力平均應(yīng)力m=(max+min)/2；應(yīng)力幅應(yīng)力幅a或應(yīng)力范圍或應(yīng)力范圍：a=/2=(max-min)/2 ；應(yīng)力比應(yīng)力比r=min/max 圖5-2 循環(huán)應(yīng)力的類型 對(duì)稱循環(huán)對(duì)稱循環(huán)，m=0，r=-1，大多數(shù)旋轉(zhuǎn)軸類，大多數(shù)旋轉(zhuǎn)軸類零件承受此類應(yīng)力。零件承受此類應(yīng)力。不對(duì)稱循環(huán)不對(duì)稱循環(huán)：m0，-lrm0,-lr0，r=0，齒輪的齒根及，齒輪的齒根及某些壓力容器承受此類應(yīng)力。某些壓力容器承受此類應(yīng)力。-ama，0r105，斷斷裂裂應(yīng)應(yīng)力力水水平平較較低低，-1-1)有限壽命服役；偶然過載。有限壽命服役；偶然過載。2、過載損傷界、過載損傷界 實(shí)際上，機(jī)件往往預(yù)先受短期過載，而后再在實(shí)際上，機(jī)件往往預(yù)先受短期過載，而后再在正常的工作應(yīng)力下運(yùn)行。這種短期的過載對(duì)材料的正常的工作應(yīng)力下運(yùn)行。這種短期的過載對(duì)材料的性能性能(-1或過載壽命或過載壽命)是否產(chǎn)生影響，取決于過載應(yīng)是否產(chǎn)生影響，取決于過載應(yīng)力及過載周次。力及過載周次。實(shí)驗(yàn)證明，材料在實(shí)驗(yàn)證明，材料在過載過載應(yīng)力水平下只有運(yùn)轉(zhuǎn)一應(yīng)力水平下只有運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次后，疲勞強(qiáng)度或疲勞壽命才會(huì)降低，造成過定周次后，疲勞強(qiáng)度或疲勞壽命才會(huì)降低，造成過載損傷。載損傷。三、過載持久值及過載損傷界三、過載持久值及過載損傷界圖5-20 過載損傷界 三、過載持久值及過載損傷界三、過載持久值及過載損傷界 把在每個(gè)過載應(yīng)力下運(yùn)行能引起損傷的最少把在每個(gè)過載應(yīng)力下運(yùn)行能引起損傷的最少循環(huán)周次連接起來，就得到該材料的過載損傷界。循環(huán)周次連接起來，就得到該材料的過載損傷界。材料的過載損傷界越陡直，損傷區(qū)愈窄，則其抵抗材料的過載損傷界越陡直，損傷區(qū)愈窄，則其抵抗疲勞過載能力就愈強(qiáng)。工程上在過載疲勞機(jī)件選材時(shí)，疲勞過載能力就愈強(qiáng)。工程上在過載疲勞機(jī)件選材時(shí)，有時(shí)寧可選有時(shí)寧可選-1低些，也要選疲勞損傷區(qū)窄的材料。低些，也要選疲勞損傷區(qū)窄的材料。有人用材料內(nèi)部的非擴(kuò)展裂紋解釋材料的疲勞過載有人用材料內(nèi)部的非擴(kuò)展裂紋解釋材料的疲勞過載損傷現(xiàn)象。當(dāng)過載運(yùn)轉(zhuǎn)一定循環(huán)周次后，損傷現(xiàn)象。當(dāng)過載運(yùn)轉(zhuǎn)一定循環(huán)周次后，疲勞損傷累積疲勞損傷累積形成的形成的裂紋尺寸裂紋尺寸超過材料在超過材料在-1 下的非擴(kuò)展裂紋尺寸時(shí)，下的非擴(kuò)展裂紋尺寸時(shí)，則會(huì)降低疲勞強(qiáng)度；反之，過載累積損傷造成的則會(huì)降低疲勞強(qiáng)度；反之，過載累積損傷造成的裂紋尺裂紋尺寸寸小于小于-1應(yīng)力的非擴(kuò)展裂紋的尺寸時(shí)，裂紋不會(huì)擴(kuò)展，應(yīng)力的非擴(kuò)展裂紋的尺寸時(shí)，裂紋不會(huì)擴(kuò)展，過載對(duì)材料并未造成損傷。過載對(duì)材料并未造成損傷。三、過載持久值及過載損傷界三、過載持久值及過載損傷界 材料在變動(dòng)應(yīng)力作用下的缺口敏感性，常用疲勞材料在變動(dòng)應(yīng)力作用下的缺口敏感性，常用疲勞缺口敏感度缺口敏感度qf 表征，即表征，即 式中：式中：Kt為理論應(yīng)力集中系數(shù)，可查有關(guān)手冊(cè)，為理論應(yīng)力集中系數(shù)，可查有關(guān)手冊(cè)，Kt1；Kf為疲勞缺口系數(shù)。為疲勞缺口系數(shù)。四、疲勞缺口敏感度四、疲勞缺口敏感度 Kf為光滑試樣和缺口試樣疲勞強(qiáng)度之比為光滑試樣和缺口試樣疲勞強(qiáng)度之比，Kf1，具體值與缺口幾何形狀、材料等因素有關(guān)。，具體值與缺口幾何形狀、材料等因素有關(guān)。當(dāng)初人們用當(dāng)初人們用qf而不用而不用Kf表征材料缺口敏感度，是企圖表征材料缺口敏感度，是企圖消除缺口幾何形狀影響。實(shí)驗(yàn)證明，消除缺口幾何形狀影響。實(shí)驗(yàn)證明，qf 并非只決定于并非只決定于材料的常數(shù)，當(dāng)缺口根部材料的常數(shù)，當(dāng)缺口根部r1mm時(shí)，仍與缺口形狀、時(shí)，仍與缺口形狀、尺寸有關(guān)。尺寸有關(guān)。四、疲勞缺口敏感度四、疲勞缺口敏感度圖5-21 缺口半徑和材料強(qiáng)度對(duì)缺口敏感度qf的影響四、疲勞缺口敏感度四、疲勞缺口敏感度 圖5-22 疲勞裂紋擴(kuò)展曲線五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值 當(dāng)裂紋a長(zhǎng)大到臨界裂紋尺寸ac時(shí)，試樣斷裂。裂紋擴(kuò)展速率da/dN不僅與裂紋長(zhǎng)度有關(guān)，還與應(yīng)力水平有關(guān)。應(yīng)力增加，裂紋擴(kuò)展加快，a-N曲線向左上方移動(dòng)，ac相應(yīng)減少。圖5-23 lg(da/dN)-lgK關(guān)系曲線lgK疲勞裂紋擴(kuò)疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值展門檻值Paris公式公式 Kc(或Kc)Kth將將a-Na-N曲線上各點(diǎn)的曲線上各點(diǎn)的dadadN dN 值用圖解微分法或遞增多項(xiàng)式計(jì)算值用圖解微分法或遞增多項(xiàng)式計(jì)算法計(jì)算出來法計(jì)算出來;利用應(yīng)力強(qiáng)度因子幅利用應(yīng)力強(qiáng)度因子幅(K(K)公式將公式將相應(yīng)各點(diǎn)相應(yīng)各點(diǎn)的的KK值求出，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上描點(diǎn)連接即得值求出，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上描點(diǎn)連接即得lgda/dN-lgKlgda/dN-lgK曲線。曲線。在區(qū)，隨K值的降低，da/dN快速降低，當(dāng)K值降低至Kth時(shí)，da/dN=0，意為疲勞裂紋不擴(kuò)展；只有KKth時(shí)，才有da/dN0，裂紋才會(huì)擴(kuò)展。Kth代表疲勞裂紋不擴(kuò)展的代表疲勞裂紋不擴(kuò)展的K臨界值，稱為疲勞裂紋臨界值，稱為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值，表征材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的能力。擴(kuò)展門檻值，表征材料阻止疲勞裂紋開始擴(kuò)展的能力。該值越大，材料的疲勞裂紋開始擴(kuò)展所受的阻力越大，材料抗疲勞裂紋擴(kuò)展的能力就越強(qiáng)。Kth的單位與K的相同，為 MNm-3/2 或MPam1/2。同同為為表征材料無限壽命疲表征材料無限壽命疲勞勞性能的性能的Kth和和-1，但含，但含義義完全不同，完全不同，-1(疲疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度度)代表的是代表的是光滑光滑試試樣樣的無限壽命疲的無限壽命疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度度，適用于適用于傳統(tǒng)傳統(tǒng)的疲的疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和校核；和校核；Kth(疲疲勞勞裂裂紋擴(kuò)紋擴(kuò)展展門檻值門檻值)代表的是代表的是裂裂紋紋試樣試樣的無限壽命疲的無限壽命疲勞勞性能，適于裂性能，適于裂紋紋件的件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和和疲疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度校核。度校核。五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值含裂紋件不發(fā)生疲勞斷裂含裂紋件不發(fā)生疲勞斷裂(無限壽命無限壽命)的校核公式為：的校核公式為：五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值 1、已知裂紋件的原始裂紋長(zhǎng)度、已知裂紋件的原始裂紋長(zhǎng)度a 和材料的疲和材料的疲勞門檻值勞門檻值 Kth，可求得該件在無限疲勞壽命時(shí)的，可求得該件在無限疲勞壽命時(shí)的承載能力：承載能力：2、已知裂紋件的工作載荷、已知裂紋件的工作載荷和材料的疲勞門檻值和材料的疲勞門檻值Kth，即可求得裂紋的允許尺寸，即可求得裂紋的允許尺寸a：五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值 實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，很難根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，很難根據(jù)da/dN=0，確定，確定Kth值。為值。為此，工程上，常規(guī)定在平面應(yīng)變狀態(tài)下，此，工程上，常規(guī)定在平面應(yīng)變狀態(tài)下，da/dN=10-6 10-7mm/周次對(duì)應(yīng)的周次對(duì)應(yīng)的K值為值為Kth，并稱之為條件疲勞，并稱之為條件疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值。裂紋擴(kuò)展門檻值。Forman公式公式該式概括了應(yīng)力比的影響、該式概括了應(yīng)力比的影響、區(qū)的裂紋擴(kuò)展及區(qū)的裂紋擴(kuò)展及最終疲勞斷裂的條件。最終疲勞斷裂的條件。五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值(2)考慮了門檻值考慮了門檻值Kth影響的公式影響的公式該式描述了裂紋在近門檻區(qū)該式描述了裂紋在近門檻區(qū)I區(qū)和區(qū)和區(qū)的擴(kuò)展區(qū)的擴(kuò)展五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值(3)描述整個(gè)裂紋擴(kuò)展過程的公式描述整個(gè)裂紋擴(kuò)展過程的公式 以上各式中以上各式中A定義為疲勞裂紋擴(kuò)展系數(shù)，是與定義為疲勞裂紋擴(kuò)展系數(shù)，是與拉伸性能有關(guān)的常數(shù)。拉伸性能有關(guān)的常數(shù)。Kc是與試樣的厚度有關(guān)的材是與試樣的厚度有關(guān)的材料斷裂韌度；料斷裂韌度；m為材料試驗(yàn)常數(shù)。為材料試驗(yàn)常數(shù)。五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值 對(duì)零件的疲勞剩余壽命進(jìn)行估算時(shí)，要先用無對(duì)零件的疲勞剩余壽命進(jìn)行估算時(shí)，要先用無損探傷法確定出零件的初始裂紋長(zhǎng)損探傷法確定出零件的初始裂紋長(zhǎng)a0、形狀、位置、形狀、位置和取向和取向，以確定裂尖，以確定裂尖 K值。再根據(jù)已知材料的值。再根據(jù)已知材料的斷裂韌度斷裂韌度Kc 及名義工作應(yīng)力及名義工作應(yīng)力 確定臨界裂紋長(zhǎng)確定臨界裂紋長(zhǎng)度度ac，最后根據(jù)所決定采用的裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，最后根據(jù)所決定采用的裂紋擴(kuò)展速率表達(dá)式，用積分法算出從初始裂紋長(zhǎng)用積分法算出從初始裂紋長(zhǎng)a0 擴(kuò)展到臨界長(zhǎng)擴(kuò)展到臨界長(zhǎng)ac所需所需的循環(huán)周次的循環(huán)周次N，即為疲勞剩余壽命即為疲勞剩余壽命Nf或是說材料出或是說材料出現(xiàn)初始裂紋現(xiàn)初始裂紋a0 后的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命后的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值五、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及擴(kuò)展門檻值若用Paris公式求疲勞剩余壽命，則有：第四節(jié)第四節(jié) 影響材料及機(jī)件疲勞強(qiáng)度的因素影響材料及機(jī)件疲勞強(qiáng)度的因素一、工作條件的影響一、工作條件的影響1載荷條件載荷條件(1)應(yīng)力狀態(tài)和平均應(yīng)力，應(yīng)力比的影響規(guī)律。應(yīng)力狀態(tài)和平均應(yīng)力，應(yīng)力比的影響規(guī)律。(2)在過載損傷區(qū)內(nèi)的過載將降低材料的疲勞在過載損傷區(qū)內(nèi)的過載將降低材料的疲勞強(qiáng)度或壽命。強(qiáng)度或壽命。(3)次載鍛煉：材料特別是金屬在低于疲勞強(qiáng)次載鍛煉：材料特別是金屬在低于疲勞強(qiáng)度的應(yīng)力先運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次鍛煉，可以提高材度的應(yīng)力先運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次鍛煉，可以提高材料的疲勞強(qiáng)度。料的疲勞強(qiáng)度。圖5-24次載鍛煉對(duì)疲勞曲線的影響 一、工作條件的影響一、工作條件的影響(4)間歇效應(yīng)：實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)應(yīng)變時(shí)效材料，在循環(huán)加間歇效應(yīng)：實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)應(yīng)變時(shí)效材料，在循環(huán)加載的運(yùn)行中，若間歇空載一段時(shí)間或間隙時(shí)適當(dāng)加溫，載的運(yùn)行中，若間歇空載一段時(shí)間或間隙時(shí)適當(dāng)加溫，可提高疲勞強(qiáng)度，并延長(zhǎng)疲勞壽命?？商岣咂趶?qiáng)度，并延長(zhǎng)疲勞壽命。(5)載荷頻率：在一定的頻率范圍載荷頻率：在一定的頻率范圍(1701000 Hz)內(nèi)，內(nèi)，材料的疲勞強(qiáng)度隨加載頻率的增加而提高。在常用的材料的疲勞強(qiáng)度隨加載頻率的增加而提高。在常用的頻率間頻率間(50170Hz)，材料的疲勞強(qiáng)度基本不受頻率變，材料的疲勞強(qiáng)度基本不受頻率變化影響；低于化影響；低于1Hz的加載，疲勞強(qiáng)度有所降低。的加載，疲勞強(qiáng)度有所降低。一、工作條件的影響一、工作條件的影響2、溫度、溫度 溫度對(duì)材料疲勞強(qiáng)度的影響和靜強(qiáng)度的影響溫度對(duì)材料疲勞強(qiáng)度的影響和靜強(qiáng)度的影響規(guī)律相似，規(guī)律相似，即隨溫度降低，疲勞強(qiáng)度升高，溫度即隨溫度降低，疲勞強(qiáng)度升高，溫度升高，疲勞強(qiáng)度降低，但在某些溫度范圍因時(shí)效、升高，疲勞強(qiáng)度降低，但在某些溫度范圍因時(shí)效、熱脆等現(xiàn)象，疲勞強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)峰值或谷值。熱脆等現(xiàn)象，疲勞強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)峰值或谷值。如結(jié)如結(jié)構(gòu)鋼在構(gòu)鋼在400 以上時(shí)，疲勞強(qiáng)度急劇下降。以上時(shí)，疲勞強(qiáng)度急劇下降。高溫時(shí)材料的疲勞曲線沒有水平段，疲勞強(qiáng)高溫時(shí)材料的疲勞曲線沒有水平段，疲勞強(qiáng)度只能按規(guī)定的循環(huán)周次確定。度只能按規(guī)定的循環(huán)周次確定。一、工作條件的影響一、工作條件的影響3、腐蝕介質(zhì)、腐蝕介質(zhì)腐蝕性介質(zhì)因使材料表面腐蝕產(chǎn)生蝕坑，而腐蝕性介質(zhì)因使材料表面腐蝕產(chǎn)生蝕坑，而降低材料的疲勞強(qiáng)度導(dǎo)致腐蝕疲勞。一般腐蝕疲降低材料的疲勞強(qiáng)度導(dǎo)致腐蝕疲勞。一般腐蝕疲勞曲線無水平段，只能按規(guī)定循環(huán)周次確定疲勞勞曲線無水平段，只能按規(guī)定循環(huán)周次確定疲勞強(qiáng)度。腐蝕疲勞強(qiáng)度與材料的靜強(qiáng)度間強(qiáng)度。腐蝕疲勞強(qiáng)度與材料的靜強(qiáng)度間b無正比無正比關(guān)系。關(guān)系。一、工作條件的影響一、工作條件的影響 1、表面狀態(tài)、表面狀態(tài) 機(jī)件表面缺口因應(yīng)力集中往往是疲勞策源地，機(jī)件表面缺口因應(yīng)力集中往往是疲勞策源地，引起疲勞斷裂，引起疲勞斷裂，可用可用Kf 與與qf表征缺口應(yīng)力集中對(duì)材表征缺口應(yīng)力集中對(duì)材料疲勞強(qiáng)度的影響。料疲勞強(qiáng)度的影響。Kf 與與qf越大，材料的疲勞強(qiáng)度越大，材料的疲勞強(qiáng)度就降得越低。且這種影響隨材料強(qiáng)度的增高，更加就降得越低。且這種影響隨材料強(qiáng)度的增高，更加顯著。顯著。據(jù)此，受循環(huán)應(yīng)力作用的機(jī)件選用高強(qiáng)材料制據(jù)此，受循環(huán)應(yīng)力作用的機(jī)件選用高強(qiáng)材料制造時(shí)，表面須經(jīng)過仔細(xì)的加工，不允許有刀痕、擦造時(shí)，表面須經(jīng)過仔細(xì)的加工，不允許有刀痕、擦傷或大的缺陷，否則材料疲勞強(qiáng)度會(huì)顯著降低。傷或大的缺陷，否則材料疲勞強(qiáng)度會(huì)顯著降低。二、表面狀態(tài)及尺寸因素二、表面狀態(tài)及尺寸因素 2、尺寸因素、尺寸因素 在變動(dòng)載荷作用下，在變動(dòng)載荷作用下，隨機(jī)件尺寸增大隨機(jī)件尺寸增大使使疲勞疲勞強(qiáng)度下降強(qiáng)度下降的現(xiàn)象，稱為尺寸效應(yīng)，可用尺寸效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為尺寸效應(yīng)，可用尺寸效應(yīng)系數(shù)系數(shù)表示，即表示，即 式中：式中：(-1)d為直徑為為直徑為d的機(jī)件的疲勞強(qiáng)度；的機(jī)件的疲勞強(qiáng)度；-1為小為小試樣的疲勞強(qiáng)度。缺口試樣比光滑試樣的尺寸效應(yīng)試樣的疲勞強(qiáng)度。缺口試樣比光滑試樣的尺寸效應(yīng)更明顯。更明顯。二、表面狀態(tài)及尺寸因素二、表面狀態(tài)及尺寸因素圖5-25 表面強(qiáng)化提高疲勞極限示意圖 三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響 提高機(jī)件表面塑變抗力提高機(jī)件表面塑變抗力(硬度和強(qiáng)度硬度和強(qiáng)度)，降降低表面的低表面的有效拉應(yīng)力有效拉應(yīng)力，即可抑制材料表面疲勞，即可抑制材料表面疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展，有效地提高承受彎曲與扭裂紋的萌生和擴(kuò)展，有效地提高承受彎曲與扭轉(zhuǎn)循環(huán)載荷下材料的疲勞強(qiáng)度。轉(zhuǎn)循環(huán)載荷下材料的疲勞強(qiáng)度。由于表層疲勞強(qiáng)度的提高及由于表層疲勞強(qiáng)度的提高及表面殘余壓應(yīng)力表面殘余壓應(yīng)力的作用，使表層總應(yīng)力降低至強(qiáng)化層疲勞強(qiáng)度以的作用，使表層總應(yīng)力降低至強(qiáng)化層疲勞強(qiáng)度以下，便會(huì)制止疲勞斷裂。下，便會(huì)制止疲勞斷裂。這種表面強(qiáng)化處理產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力，因在這種表面強(qiáng)化處理產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力，因在表面表面缺口處產(chǎn)生壓應(yīng)力集中，可有效地降低缺口缺口處產(chǎn)生壓應(yīng)力集中，可有效地降低缺口根部的拉應(yīng)力集中根部的拉應(yīng)力集中，對(duì)帶缺口機(jī)件的有利影響更，對(duì)帶缺口機(jī)件的有利影響更為顯著。為顯著。三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響 1、表面噴丸及滾壓、表面噴丸及滾壓 表面噴丸可使金屬機(jī)件表面形變強(qiáng)化，并在塑變層表面噴丸可使金屬機(jī)件表面形變強(qiáng)化，并在塑變層內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力殘余壓應(yīng)力。既提高了表層材料強(qiáng)度；又能抵消。既提高了表層材料強(qiáng)度；又能抵消部分表層工作的拉應(yīng)力；還可降低缺口應(yīng)力集中系數(shù)和部分表層工作的拉應(yīng)力；還可降低缺口應(yīng)力集中系數(shù)和疲勞缺口敏感度，降低疲勞損傷，提高材料疲勞抗力。疲勞缺口敏感度，降低疲勞損傷，提高材料疲勞抗力。表面滾壓與噴丸的作用相似，其壓應(yīng)力層深更大，表面滾壓與噴丸的作用相似，其壓應(yīng)力層深更大，適于大工件。適于大工件。一般來說，形狀復(fù)雜的機(jī)件采用噴丸強(qiáng)化；一般來說，形狀復(fù)雜的機(jī)件采用噴丸強(qiáng)化；形狀簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)機(jī)件采用表面滾壓強(qiáng)化。如經(jīng)滾壓加工形狀簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)機(jī)件采用表面滾壓強(qiáng)化。如經(jīng)滾壓加工的螺栓較切削制造的螺栓疲勞壽命可提高的螺栓較切削制造的螺栓疲勞壽命可提高15倍。倍。三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響69鑄鋼丸鑄鋼丸硅酸鋯球硅酸鋯球噴丸用玻璃微珠噴丸用玻璃微珠噴丸噴丸是用是用壓縮空壓縮空氣將堅(jiān)硬的小氣將堅(jiān)硬的小彈丸彈丸高速噴打向機(jī)件表面，高速噴打向機(jī)件表面，使機(jī)件表面產(chǎn)生使機(jī)件表面產(chǎn)生局部形變強(qiáng)化局部形變強(qiáng)化，在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。，在表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。材料材料強(qiáng)度越高強(qiáng)度越高，噴丸效果越好噴丸效果越好；一般機(jī)件在熱處理強(qiáng)化后；一般機(jī)件在熱處理強(qiáng)化后再噴丸；噴丸可使再噴丸；噴丸可使疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度提高40%50%噴丸噴丸不可過度不可過度，否則在機(jī)件表面會(huì)產(chǎn)生微裂紋，反而有害，否則在機(jī)件表面會(huì)產(chǎn)生微裂紋，反而有害 2、表面熱處理及化學(xué)熱處理、表面熱處理及化學(xué)熱處理 表面淬火及表面化學(xué)熱處理，既能獲得表硬心韌的綜表面淬火及表面化學(xué)熱處理，既能獲得表硬心韌的綜合力學(xué)性能，又能合力學(xué)性能，又能在機(jī)件表層獲得殘余壓應(yīng)力在機(jī)件表層獲得殘余壓應(yīng)力，從而能有，從而能有效地提高機(jī)件疲勞強(qiáng)度和壽命。效地提高機(jī)件疲勞強(qiáng)度和壽命。3、復(fù)合強(qiáng)化、復(fù)合強(qiáng)化 它是將上述各種表面強(qiáng)化工藝重復(fù)結(jié)合的一種強(qiáng)化工它是將上述各種表面強(qiáng)化工藝重復(fù)結(jié)合的一種強(qiáng)化工藝。如滲氮、表面淬火、滲碳藝。如滲氮、表面淬火、滲碳+噴丸，表面淬火噴丸，表面淬火+噴丸噴丸(滾滾壓壓)等，等，以更進(jìn)一步提高以更進(jìn)一步提高表面強(qiáng)度表面強(qiáng)度及及表面表層殘余壓應(yīng)力表面表層殘余壓應(yīng)力，從而更有效地提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。從而更有效地提高疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響三、表面強(qiáng)化及殘余應(yīng)力的影響 1、合金成分、合金成分 合金成分是材料組織結(jié)構(gòu)的基木要素。各類工合金成分是材料組織結(jié)構(gòu)的基木要素。各類工程結(jié)構(gòu)材料中，結(jié)構(gòu)鋼的疲勞強(qiáng)度最高，應(yīng)用也最程結(jié)構(gòu)材料中，結(jié)構(gòu)鋼的疲勞強(qiáng)度最高，應(yīng)用也最廣泛。廣泛。結(jié)構(gòu)鋼中碳是影響疲勞強(qiáng)度的重要因素，它既結(jié)構(gòu)鋼中碳是影響疲勞強(qiáng)度的重要因素，它既可可間隙固溶強(qiáng)化基體間隙固溶強(qiáng)化基體，又可形成，又可形成彌散碳化物進(jìn)行彌彌散碳化物進(jìn)行彌散強(qiáng)化散強(qiáng)化，提高提高材料形變抗力和疲勞強(qiáng)度。材料形變抗力和疲勞強(qiáng)度。四、材料成分及組織的影響四、材料成分及組織的影響圖圖5-26幾種鋼的疲勞極限與硬度的關(guān)系曲線幾種鋼的疲勞極限與硬度的關(guān)系曲線 2、非金屬夾雜物及冶金缺陷、非金屬夾雜物及冶金缺陷 脆性夾雜如脆性夾雜如Al2O3、硅酸鹽、硅酸鹽(球狀球狀)等在鋼中易等在鋼中易萌生疲勞裂紋，而降低材料的疲勞強(qiáng)度萌生疲勞裂紋，而降低材料的疲勞強(qiáng)度。材料在。材料在冶煉、軋制、鑄造及零件焊接、熱處理中產(chǎn)生的冶煉、軋制、鑄造及零件焊接、熱處理中產(chǎn)生的氣孔、縮孔、偏析、白點(diǎn)、折疊、裂紋等缺陷都?xì)饪?、縮孔、偏析、白點(diǎn)、折疊、裂紋等缺陷都可能是裂紋源，從而可能是裂紋源，從而嚴(yán)重降低嚴(yán)重降低材料的疲勞強(qiáng)度和材料的疲勞強(qiáng)度和壽命。壽命。3、顯微組織、顯微組織 晶粒大小對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。經(jīng)對(duì)碳鋼及鈦晶粒大小對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。經(jīng)對(duì)碳鋼及鈦合金的研究發(fā)現(xiàn)存在合金的研究發(fā)現(xiàn)存在Hall-Petch關(guān)系。關(guān)系。-1=i+kd-1/2式中：式中：i為位錯(cuò)在晶格中運(yùn)動(dòng)摩擦阻力：為位錯(cuò)在晶格中運(yùn)動(dòng)摩擦阻力：k為材料為材料常數(shù)；常數(shù)；d為晶粒平均直徑。為晶粒平均直徑。四、材料成分及組織的影響四、材料成分及組織的影響晶粒細(xì)化可以提高金屬的微量塑性抗力，使塑性變形均勻晶粒細(xì)化可以提高金屬的微量塑性抗力，使塑性變形均勻分布，因而會(huì)延緩疲勞微裂紋的形成；分布，因而會(huì)延緩疲勞微裂紋的形成；晶界有阻礙微裂紋長(zhǎng)大和聯(lián)接作用。晶界有阻礙微裂紋長(zhǎng)大和聯(lián)接作用。在結(jié)構(gòu)鋼熱處理組織中，片狀碳化物的正火組在結(jié)構(gòu)鋼熱處理組織中，片狀碳化物的正火組織不如粒狀碳化物的調(diào)質(zhì)組織的疲勞強(qiáng)度高。織不如粒狀碳化物的調(diào)質(zhì)組織的疲勞強(qiáng)度高。以上以上討論討論主要主要針對(duì)針對(duì)高周疲高周疲勞勞而言，而言，對(duì)對(duì)低周疲低周疲勞勞其壽命主要由裂其壽命主要由裂紋擴(kuò)紋擴(kuò)展展階階段決定，并主要取決于材料塑性，段決定，并主要取決于材料塑性，而以上而以上諸諸因素的影響要減弱。因素的影響要減弱。第五節(jié)第五節(jié) 熱疲勞熱疲勞 由周期變化的由周期變化的熱應(yīng)力熱應(yīng)力或或熱應(yīng)變熱應(yīng)變引起的材料引起的材料破壞稱為熱疲勞（熱應(yīng)力疲勞破壞稱為熱疲勞（熱應(yīng)力疲勞)。熱應(yīng)力又常與熱應(yīng)力又常與機(jī)械應(yīng)力疊加引起熱機(jī)械疲勞破壞機(jī)械應(yīng)力疊加引起熱機(jī)械疲勞破壞。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念第五節(jié)第五節(jié) 熱疲勞熱疲勞 許多在高溫下服役的機(jī)件如熱軋輥、汽輪機(jī)許多在高溫下服役的機(jī)件如熱軋輥、汽輪機(jī)葉片、熱鍛模等，或因工作溫度發(fā)生周期性變化，葉片、熱鍛模等，或因工作溫度發(fā)生周期性變化，或因材料在加載循環(huán)產(chǎn)生的累積滯后能以熱能耗或因材料在加載循環(huán)產(chǎn)生的累積滯后能以熱能耗散到環(huán)境中，散到環(huán)境中，使局部溫度變化引起的機(jī)件自由膨使局部溫度變化引起的機(jī)件自由膨脹或收縮受到約束時(shí)，將產(chǎn)生變動(dòng)熱應(yīng)力。脹或收縮受到約束時(shí)，將產(chǎn)生變動(dòng)熱應(yīng)力。這種這種約束可來自外部約束可來自外部(剛性支承剛性支承)，也可來自材料內(nèi)部，也可來自材料內(nèi)部(機(jī)件內(nèi)的溫度梯度；溫度差；非均質(zhì)材料各相間，機(jī)件內(nèi)的溫度梯度；溫度差；非均質(zhì)材料各相間，多晶體材料各相間的熱膨脹系數(shù)差異等多晶體材料各相間的熱膨脹系數(shù)差異等)。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念當(dāng)熱應(yīng)力超過材料高溫下的屈服強(qiáng)度，將當(dāng)熱應(yīng)力超過材料高溫下的屈服強(qiáng)度，將發(fā)生局部塑性應(yīng)變發(fā)生局部塑性應(yīng)變，經(jīng)過足夠的溫度變動(dòng)循環(huán)后，經(jīng)過足夠的溫度變動(dòng)循環(huán)后，這種熱塑性應(yīng)變將引發(fā)疲勞裂紋，并導(dǎo)致材料龜這種熱塑性應(yīng)變將引發(fā)疲勞裂紋，并導(dǎo)致材料龜裂或斷裂。裂或斷裂。熱疲勞和熱機(jī)械疲勞破壞均是塑性應(yīng)熱疲勞和熱機(jī)械疲勞破壞均是塑性應(yīng)變損傷累積的結(jié)果變損傷累積的結(jié)果，服從，服從低周應(yīng)變疲勞低周應(yīng)變疲勞的規(guī)律的規(guī)律(如如Coffin-Manson關(guān)系關(guān)系)。熱疲勞裂紋多萌生于。熱疲勞裂紋多萌生于表面熱應(yīng)變最大區(qū)域，有多個(gè)裂紋源。表面熱應(yīng)變最大區(qū)域，有多個(gè)裂紋源。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念對(duì)于脆性材料，特別是陶瓷材料，在生產(chǎn)對(duì)于脆性材料，特別是陶瓷材料，在生產(chǎn)使用過程中多處在高溫狀態(tài)，溫度發(fā)生急熱、使用過程中多處在高溫狀態(tài)，溫度發(fā)生急熱、急冷變化時(shí)可能產(chǎn)生沖擊熱應(yīng)力。急冷變化時(shí)可能產(chǎn)生沖擊熱應(yīng)力。材料經(jīng)受溫材料經(jīng)受溫度瞬變而不被破壞的能力稱為材料的抗熱震性度瞬變而不被破壞的能力稱為材料的抗熱震性(熱抗震性熱抗震性)。熱震破壞分兩大類：一類是瞬時(shí)。熱震破壞分兩大類：一類是瞬時(shí)斷裂，稱為斷裂，稱為熱震斷裂熱震斷裂；另一類是熱沖擊循環(huán)作；另一類是熱沖擊循環(huán)作用引起材料開裂、剝落、碎裂或變質(zhì)，最后整用引起材料開裂、剝落、碎裂或變質(zhì)，最后整體損傷，稱為體損傷，稱為熱損傷熱損傷。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念材料的抗熱震能力是其材料的抗熱震能力是其力學(xué)性能力學(xué)性能和和熱學(xué)性熱學(xué)性能能對(duì)應(yīng)于各種受熱條件的綜合表現(xiàn)對(duì)應(yīng)于各種受熱條件的綜合表現(xiàn)，可用材料的，可用材料的強(qiáng)度、斷裂韌性等表征材料對(duì)熱震破壞的抗力；強(qiáng)度、斷裂韌性等表征材料對(duì)熱震破壞的抗力；各種熱環(huán)境下引起的熱應(yīng)力及其應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子各種熱環(huán)境下引起的熱應(yīng)力及其應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子是導(dǎo)致材料熱震破壞的動(dòng)力。是導(dǎo)致材料熱震破壞的動(dòng)力。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念目前評(píng)價(jià)材料抗熱震性有兩種觀點(diǎn)：目前評(píng)價(jià)材料抗熱震性有兩種觀點(diǎn)：熱彈性熱彈性理論理論認(rèn)為，熱震溫差引起的熱應(yīng)力超過材料的斷認(rèn)為，熱震溫差引起的熱應(yīng)力超過材料的斷裂應(yīng)力時(shí)，材料瞬時(shí)斷裂；裂應(yīng)力時(shí)，材料瞬時(shí)斷裂；斷裂力學(xué)理論斷裂力學(xué)理論認(rèn)為，認(rèn)為，由熱應(yīng)力產(chǎn)生并貯存于材料中的熱彈性應(yīng)變能足由熱應(yīng)力產(chǎn)生并貯存于材料中的熱彈性應(yīng)變能足以支付裂紋形核和擴(kuò)展新增表面能時(shí)，便引起熱以支付裂紋形核和擴(kuò)展新增表面能時(shí)，便引起熱震損傷形成裂紋并擴(kuò)展震損傷形成裂紋并擴(kuò)展。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念材料熱疲勞抗力材料熱疲勞抗力常以在一定溫度幅下產(chǎn)生常以在一定溫度幅下產(chǎn)生一定尺寸疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)或在規(guī)定的循環(huán)一定尺寸疲勞裂紋的循環(huán)次數(shù)或在規(guī)定的循環(huán)周次下產(chǎn)生的裂紋長(zhǎng)度表示。周次下產(chǎn)生的裂紋長(zhǎng)度表示。材料的抗熱震性常用抗熱震參數(shù)表征，對(duì)材料的抗熱震性常用抗熱震參數(shù)表征，對(duì)于于急劇受熱和冷卻急劇受熱和冷卻的材料，抗熱震斷裂參數(shù)為的材料，抗熱震斷裂參數(shù)為式中：式中：Tc為材料熱震斷裂的臨界溫度；為材料熱震斷裂的臨界溫度；f為斷裂為斷裂強(qiáng)度；強(qiáng)度；E、為彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)。為彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念對(duì)于對(duì)于緩慢受熱和冷卻緩慢受熱和冷卻的材抖，抗熱震斷裂的材抖，抗熱震斷裂參數(shù)也由臨界溫度差表征，并表示為參數(shù)也由臨界溫度差表征，并表示為式中：式中：A為與構(gòu)件幾何形狀和熱處理?xiàng)l件相關(guān)的常為與構(gòu)件幾何形狀和熱處理?xiàng)l件相關(guān)的常數(shù)；數(shù)；為熱導(dǎo)率。為熱導(dǎo)率。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念當(dāng)材料當(dāng)材料(構(gòu)件構(gòu)件)表面以表面以恒定速率恒定速率進(jìn)進(jìn)行加熱或冷卻時(shí)，抗熱震參數(shù)可由臨界變溫速行加熱或冷卻時(shí)，抗熱震參數(shù)可由臨界變溫速率率表示，即表示，即式中：式中：f為材料密度；為材料密度；cp 為質(zhì)量定壓熱容；為質(zhì)量定壓熱容；/f cp為為導(dǎo)溫系數(shù)。導(dǎo)溫系數(shù)。一、熱疲勞的概念一、熱疲勞的概念熱疲勞屬于低周疲勞范疇熱疲勞屬于低周疲勞范疇，它和低周疲勞它和低周疲勞從本質(zhì)上講均受恒定的應(yīng)變控制，從本質(zhì)上講均受恒定的應(yīng)變控制，只是它是由只是它是由于溫度反復(fù)變化，造成相應(yīng)的應(yīng)變變化引起的，于溫度反復(fù)變化，造成相應(yīng)的應(yīng)變變化引起的，有時(shí)也會(huì)疊加上機(jī)械應(yīng)力，是熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)有時(shí)也會(huì)疊加上機(jī)械應(yīng)力，是熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力疊加的綜合結(jié)果。力疊加的綜合結(jié)果。二、熱疲勞損傷二、熱疲勞損傷熱疲勞破壞是由材料內(nèi)部損傷積累引起的，熱疲勞破壞是由材料內(nèi)部損傷積累引起的，按照按照Coffin-Manson關(guān)系式，低周疲勞中，關(guān)系式，低周疲勞中，塑性塑性應(yīng)變占主導(dǎo)地位應(yīng)變占主導(dǎo)地位，并可由下式計(jì)算出：，并可由下式計(jì)算出：二、熱疲勞損傷二、熱疲勞損傷 意味著不意味著不論論塑性塑性應(yīng)變應(yīng)變幅如何影響疲幅如何影響疲勞勞失效失效壽命，最壽命，最終終失效失效積積累的塑性累的塑性變變形量形量總為總為常數(shù)。常數(shù)。當(dāng)材料當(dāng)材料熱熱疲疲勞質(zhì)勞質(zhì)量的塑性量的塑性變變形累形累積積達(dá)到達(dá)到 或近或近似等于靜拉伸似等于靜拉伸時(shí)時(shí)材料真材料真實(shí)實(shí)斷裂斷裂應(yīng)變應(yīng)變時(shí)時(shí)，便引，便引起材料起材料熱熱疲疲勞勞失效。所以，失效。所以，塑性好的材料，塑性好的材料，熱熱疲疲勞勞壽命就高。壽命就高。二、熱疲勞損傷二、熱疲勞損傷按斷裂力學(xué)觀點(diǎn)，制備陶瓷材料的過程中不可避免按斷裂力學(xué)觀點(diǎn)，制備陶瓷材料的過程中不可避免產(chǎn)生大小、數(shù)量不等的產(chǎn)生大小、數(shù)量不等的微裂紋微裂紋和和氣孔氣孔；熱震環(huán)境下；熱震環(huán)境下出現(xiàn)的裂紋核也并不總會(huì)擴(kuò)展導(dǎo)致材料斷裂。如含出現(xiàn)的裂紋核也并不總會(huì)擴(kuò)展導(dǎo)致材料斷裂。如含1020氣孔率的非致密性陶瓷材料中熱震裂紋氣孔率的非致密性陶瓷材料中熱震裂紋核常受到氣孔的抑制，不僅鈍化了裂紋尖端，降低核常受到氣孔的抑制，不僅鈍化了裂紋尖端，降低了應(yīng)力集中，還起著隔熱作用，降低材料熱導(dǎo)率。了應(yīng)力集中，還起著隔熱作用，降低材料熱導(dǎo)率。二、熱疲勞損傷二、熱疲勞損傷因此，有必要用斷裂力學(xué)觀點(diǎn)，研究材料在變因此，有必要用斷裂力學(xué)觀點(diǎn)，研究材料在變化的溫度條件下，裂紋成核、擴(kuò)展及抑制的損傷過化的溫度條件下，裂紋成核、擴(kuò)展及抑制的損傷過程，并以熱彈性應(yīng)變能和斷裂能間的平衡條件作為程，并以熱彈性應(yīng)變能和斷裂能間的平衡條件作為熱震損傷的判據(jù)。熱震損傷的判據(jù)。二、熱疲勞損傷二、熱疲勞損傷影響材料熱疲勞性能的因素不僅有熱傳導(dǎo)、影響材料熱疲勞性能的因素不僅有熱傳導(dǎo)、比熱容等熱學(xué)性質(zhì)，還有材料彈性模量、屈服強(qiáng)比熱容等熱學(xué)性質(zhì)，還有材料彈性模量、屈服強(qiáng)度、韌性等力學(xué)因素，甚至幾何因素等。度、韌性等力學(xué)因素，甚至幾何因素等。脆性材脆性材料因其料因其導(dǎo)熱性差，韌性差導(dǎo)熱性差，韌性差，熱應(yīng)力不能及時(shí)得到，熱應(yīng)力不能及時(shí)得到塑性松弛，熱疲勞危險(xiǎn)性就大塑性松弛，熱疲勞危險(xiǎn)性就大。三、影響材料熱疲勞性能的因素三、影響材料熱疲勞性能的因素三、影響材料熱疲勞性能的因素三、影響材料熱疲勞性能的因素由于熱作模具工作表面反復(fù)受熱與冷卻，表面由于熱作模具工作表面反復(fù)受熱與冷卻，表面常出現(xiàn)特有的熱疲勞龜裂紋特征。為保證材料熱疲常出現(xiàn)特有的熱疲勞龜裂紋特征。為保證材料熱疲勞性能，晶粒不能粗大，盡管適當(dāng)?shù)奶蓟镱w粒有勞性能，晶粒不能粗大，盡管適當(dāng)?shù)奶蓟镱w粒有利于耐磨性、硬性，但不能粗大和不均勻。利于耐磨性、硬性，但不能粗大和不均勻。通常，單位時(shí)間的溫升與熱沖擊成正比，試樣通常，單位時(shí)間的溫升與熱沖擊成正比，試樣的疲勞壽命隨頻率增高而減少；溫升與周圍散熱有的疲勞壽命隨頻率增高而減少；溫升與周圍散熱有關(guān)，所以試樣的疲勞壽命隨材料導(dǎo)熱性及試樣表面關(guān)，所以試樣的疲勞壽命隨材料導(dǎo)熱性及試樣表面與體積的增加而提高。與體積的增加而提高。