休息可以緩解人的疲勞;只要金屬累了,休息也沒用!最終的結果是疲勞到一定程度后金屬斷裂。在20世紀50年代,彗星的墜毀是由結構金屬疲勞引起的。
大多數(shù)金屬零件上的載荷在工作時是不斷變化的,其大小和方向隨時間周期性變化的應力稱為交變應力;只改變大小而不改變方向的循環(huán)應力稱為重復應力。交變應力和重復應力可以統(tǒng)稱為循環(huán)應力。金屬零件在承受循環(huán)應力時,經(jīng)過一定次數(shù)的循環(huán)后,往往會在工作應力遠小于抗拉強度(或屈服強度)時突然斷裂。這種現(xiàn)象叫疲勞。據(jù)相關統(tǒng)計,80%的各種斷裂損失是由各種疲勞引起的。金屬疲勞是在什么條件下產(chǎn)生的?
疲勞是一種低應力循環(huán)延遲斷裂,導致長壽命的斷裂。斷裂應力水平往往低于金屬材料的抗拉強度甚至屈服強度。斷裂壽命隨應力而變化,應力高且短。應力低,使用壽命長。
疲勞發(fā)生時會發(fā)生脆性斷裂。一般來說,疲勞的應力水平低于屈服強度,因此延性材料和脆性材料在疲勞斷裂前都不會發(fā)生塑性變形。因此,疲勞是一種潛在的突發(fā)性骨折,具有很大的危險性。
疲勞對金屬表面的缺陷非常敏感,如應力集中、缺口、裂紋、組織缺陷等。疲勞裂紋大多產(chǎn)生在金屬表面有缺陷的薄弱區(qū)域,然后裂紋繼續(xù)擴展。當裂紋擴展到一定程度時,金屬零件會突然斷裂。
疲勞極限是指金屬材料在承受無限循環(huán)應力而不斷裂時的最大應力值。因為無限應力循環(huán)后的疲勞試驗很難實現(xiàn),對于一般金屬鋼,循環(huán)次數(shù)是10的7次方。有色金屬取10的八次方。在腐蝕介質(zhì)作用下取10的六次方。
金屬材料的疲勞受材料質(zhì)量、表面質(zhì)量、工作條件、零件形狀和尺寸、表面殘余應力等因素的影響。防止疲勞的方法如下:
零件的形狀和尺寸要合理,因為要避免尖角、缺口和截面突變,因為這些地方容易引起應力集中,導致疲勞裂紋;如果尺寸增大,材料的疲勞極限降低;強度越高,疲勞極限降低越明顯。
只要降低零件的表面粗糙度,就可以提高金屬表面的加工質(zhì)量。由于大部分疲勞源位于零件表面,所以氧化、脫碳、裂紋和夾雜物等表面缺陷應盡量減少。減少表面加工損傷,如刀痕、磨損痕跡和劃痕。
金屬表面應進行強化,如滲碳、滲氮、表面淬火、噴丸、軋制等,可有效提高疲勞強度。這是因為表面強化處理不僅提高了表面疲勞極限,而且在材料表面形成了一定深度的殘余壓應力。工作時,這部分壓應力可以抵消一部分拉應力,使實際應力降低,從而增加疲勞極限。
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