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第六节 低周疲劳 （一）、低周疲劳的特点 1、局部产生宏观变形， 应力与应变之间呈非线性， 形成滞后回线。 σσs 塑性疲劳 、应变疲劳 O A B D C E σ ε Δεe/2 Δεp Δεt Δσ 总应变△εt=△εe+△εp 一、低周疲劳 2、用△εt-N或△εp-N描叙疲劳规律 Δεp N N σ 3、裂纹成核期短(1/10)， 有多个裂纹源疲劳条纹粗和宽 4、疲劳寿命取决于塑性应变范围。 （二）、金属的循环硬化与循环软化 1、定义与特点 恒应变幅（塑性应变幅或总应变幅）循环加载过程中，材料的形变抗力不断增加，则称为循环硬化； 恒应变幅（塑性应变幅或总应变幅）循环加载过程中，材料的形变抗力不断减小为循环软化。 应力——应变滞后回线，只有在应力循环达到一定周期后，才是闭合的，即：达到循环稳定态。 循环应力——应变曲线高于单次应力——应变曲线，则是循环硬化，反之为循环软化。 2、循环软化的危害 使材料的形变抗力下降，导致工件产生过量的塑性变形而失效。 3、原因 决定于材料的初始状态，工件结构特性； 应变幅，温度等。 σb/σs＞1.4循环硬化 σb/σs＜1.2循环软化 微观原因：位错的循环运动 n＞0.1循环硬化 n＜0.1循环软化 （三）、低周疲劳的应变——寿命曲线 Δεt N 1、总应变范围△εt-N曲线 △εt/2= △εe /2 +Δεp /2 -疲劳强度系数， ≈ σf （真实断裂强度） b-疲劳强度指数（-0.05- -0.12） -疲劳塑性系数， ≈ e/（真实断裂应变） c-疲劳塑性指数（-0. 5- -0.7） 2Nf-总的应力反向次数, 一个循环周次反向2次 ef-断裂时的真实伸长率, 两不同斜率的曲线叠放，必然会出现一个交点。 Nt:过渡寿命 提高强度，交点左移；提高塑性，交点右移。 强化措施: 周数低的疲劳；↑塑性 周数高的疲劳；↑强度 。 。 lg△εt lg2Nf 斜率=-0.6 斜率=-0.12 Nt Δεt △εt/2= △εe /2 +Δεp /2 二、冲击疲劳 1、基本概念 在重复冲击载荷作用下的疲劳断裂，称为冲击疲劳。 冲击次数N105,具有典型的疲劳断口。 Ak-N 冲断周次lgN 冲击功A(J) 10 102 103 104 105 2、影响冲击疲劳的因素 小能量多冲击 主要为强度。 较大能量时 材料易出现塑性变形，即易出现低周疲劳。 能量再大时 则冲击疲劳退居次要地位，应考虑材料的断裂韧性。 主要为塑性。 冲断周次lgN 500℃ 200℃ 冲击功A(J) 10 102 103 104 105 例如:锻锤锤杆 原用:45Cr钢淬火+650 ℃回火 改用:45Cr钢淬火+中温回火 ↑强度, ↑疲劳寿命 三、热疲劳 在由温度循环变化时产生的循环热应力和热应变作用下, 1、基本概念 产生的疲劳称为热疲劳。 热疲劳属低周疲劳（周期短；明显塑性变形）。 由温度和机械应力叠加引起的疲劳，称为热机械疲劳。 2、热应力的产生 温度变化+机械约束 内部约束，温度梯度，相互约束，产生热应力。 外部约束，不让材料自由膨胀； 温度变化(△t)引起的应变△ε △ε=α△t 热应力△σ △σ=-Eα△t α线膨胀系数 3、提高热疲劳寿命的途径 a）材料 ↓热膨胀系数α 和↑λ ， ↑塑性 b）使用 ↓热冲击 ○1050℃ △ 1150℃ Nt ○ ○ ○ △ △ △ 裂纹长度(mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 120 200 280 淬火温度对3Cr2W8V钢热疲劳性能抗力的影响 问题成为：已知缺口名义应力S,e和弹性应力集 中系数Kt； 缺口局部应力s，e ? 四、 缺口机件疲劳寿命估算 “若缺口根部承受与光滑件相同的 应力应变历程，则将发生与光滑 件相同的疲劳损伤”。 基本假设： 缺口根部材料元在局部应力s或应变e循环下的寿命，可由承受同样载荷历程的光滑件预测。 P p S=P/(W-d)t s 缺口应力集中系数和应变集中系数 已知缺口名义应力S；局部应变为e，则由应力-应变方程给出。 设缺口局部应力为s，局部应变为e； 若 s＜sys, 属弹性阶段，则有： s=KtS e=Kte 若 s＞sys, 不可用Kt描述。 重新定义 应力集中系数：Ks=s/S；应变集中系数：Ke=e/e 则有： s=KsS； e=Kee。 若能再补充Ks，Ke和Kt间一个关系，即求解s、e。 图中，Neuber双曲线与材料s-e曲线的交点D，就是Neuber理论的解答。 Neuber理论 (平面应力) 如带缺口薄板拉伸。 假定： KeKs=Kt2 二端同乘e