金属疲劳是什么意思
金属疲劳的意思:机械中之任一金属零件,皆有其一定的承受负荷,当其负荷超过承受的安全应力,零件内部即会逐渐裂开,此即所谓『金属疲劳』。
物理原理
金属疲劳英文词条名:fatigue of metal。金属疲劳是指一种在交变应力作用下,金属材料发生破坏的现象。机械零件在交变压力作用下,经过一段时间后,在局部高应力区形成微小裂纹,再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。
疲劳破坏具有在时间上的突发性,在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点,故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。应力幅值、平均应力大小和循环次数是影响金属疲劳的三个主要因素。
金属内部结构并不均匀,从而造成应力传递的不平衡,有的地方会成为应力集中区。与此同时,金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。在力的持续作用下,裂纹会越来越大,材料中能够传递应力部分越来越少,直至剩余部分不能继续传递负载时,金属构件就会全部毁坏。
疲劳特点
1、疲劳为低应力循环延时断裂,即具有寿命的断裂,其断裂应力水平往往低于材料抗拉强度,甚至屈服强度。
2、疲劳为脆性断裂,由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低,所以不论是韧性材料还是脆性材料,在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有型预兆。
3、疲劳对缺陷十分敏感,由于疲劳破坏是从局部开始的,所以它对缺陷具有高度的选择性。
过程机理
疲劳过程包括疲劳裂纹萌生、裂纹亚稳扩展及最后失稳扩展三个阶段,其疲劳寿命Nf由疲劳裂纹萌生期Ni和裂纹亚稳扩展期Np所组成。
疲劳裂纹萌生主要包括:
1、滑移带开裂产生裂纹,金属在循环应力长期作用下,即使是应力低于屈服应力,也会发生循环滑移并形成循环滑移带。
2、相界面开裂产生裂纹,很多疲劳源是由材料中的第二相或夹杂物引起的,便提出了第二相、夹杂物和基体界面开裂,或第二相、夹杂物本身开裂的疲劳裂纹机理。
3、晶界开裂产生裂纹,多晶体材料由于晶界的存在和相邻晶粒的不同取向性,位错在某一晶粒内运动会受到晶界的阻碍作用,在晶界处发生位错塞积和应力集中现象。在应力不断循环下,晶界处得应力集中得不到松弛,应力峰越来越高,当超过晶界强度时就会在晶界处产生裂纹。