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疲劳实验问题

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发表于 2008-8-23 15:08:31 | 显示全部楼层 |阅读模式

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各位专家好:

我公司遇到一个问题:材料相当于45号钢中多加了一些S,热处理为淬火+低温回火。组织合格,硬度合格。

做疲劳实验时,出现问题:
                         在200MPa下,频率10Hz, 信号为正弦曲线,式样5件,结果为:所有式样到1千万次循环后均未损坏。

                         在220MPa下,频率10Hz, 信号为正弦曲线,式样5件,结果为:3个式样到1千万次循环后均未损坏
                                                                                        2个式样在300万次循环以内出现裂纹
                         在240MPa下,频率10Hz, 信号为正弦曲线,式样5件,结果为:5个式样在300万次循环以内出现裂纹
  
                         在260MPa下,频率10Hz, 信号为正弦曲线,式样5件,结果为:1个式样到1千万次循环后均未损坏
                                                                                        4个式样在300万次循环以内出现裂纹
                         在280MPa下,频率10Hz, 信号为正弦曲线,式样5件,结果为:2个式样到1千万次循环后均未损坏
                                                                                        3个式样在300万次循环以内出现裂纹

所有式样为同一批号的洋件,相同的材料,经过相同的热处理工艺和机加工工艺。

反映的问题是,在240MPa以下,随着应力的增加,零件达到1千万次循环损坏的概率不断升高,属于正常情况。

但是,在240MPa-280MPa,发生了,随着应力的增加,零件达到1千万次循环损坏的概率,却不断减小,这个如何解释?

以前也发生了一次这样的事情,在240Mpa下,全部损坏,可是在300Mpa下,5个式样,有3个达到1千万次循环,仍然不坏。所有式样是同批,且随机抽取做实验的。

请高手帮忙分析,为什么在300Mpa下零件不坏?

[ 本帖最后由 goodluckdog 于 2008-8-23 15:10 编辑 ]

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    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2008-8-23 15:56:00 | 显示全部楼层
    某种材料在某一较高应力作用下产生硬化现象,促使循环次数增加,而不断裂。只是个人的一点看法,只供参考。

    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2008-8-23 16:00:45 | 显示全部楼层
    谢谢帮助。

    不过这个应力应该在屈服以上吧,可是这个材料的抗拉强度是900Mpa,故此,一般情况下屈服强度应该在700Mpa左右,距离300Mpa还很远。

    从设计情况来看,这个材料就应该在240Mpa全部坏掉,这是正常的事情。

    从坏的式样来看,属于疲劳断列,位置在应力集中区域,或是夹杂物引起。
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    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2008-8-23 16:17:23 | 显示全部楼层

    形变硬化含义

    形变强化是位错运动受到阻碍的结果。目前对金属单晶体的形变强化机制已有一定了解,特别对面心立方纯金属研究较为深入。多晶金属情况比较复杂,除晶界以外,晶粒取向也多种多样,对其形变强化的细节至今还不很清楚。
    面心立方金属单晶的典型应力-应变曲线分为三个阶段。单晶所受应力达到临界分切应力(τ0)时,发生屈服。随着切变量的增加,流变强度缓慢上升,其形变强化率,μ为切变模量, 这就是形变强化的第一阶段,一般称为易滑移阶段。这个阶段的主要特征是单系滑移,在试样表面可观察到滑移线,这些滑移线的间距和长度不变,只是随着应变量的增加,台阶高度变大, 如Cu和Ni-Co合金便是如此。位错的分布形式主要是位错偶带。临界切应力的大小(τ0),与晶体的取向,材料和纯度有关。在阶段Ⅰ的后期, 曲线的斜率增大,直到又变为一条直线而继续升高,这就是形变强化的第Ⅱ阶段,其强化率(θⅡ)最大,从结构变化来看,向阶段Ⅱ的过渡是从次系滑移的出现开始的。在阶段Ⅱ新形成的滑移线的长度越来越短,也就是由一个位错源产生的“位错圈”越来越小,位错圈与晶体表面交截部位越来越短,螺位错平均运动距离越来越小,或者说晶体中阻止位错运动的障碍在不断增加,同时流变强度在不断提高。在阶段Ⅱ的初期,由主系位错偶带和联结它们的少数次系位错形成位错栅栏。随着形变量的增加,平行于主滑移面出现了一些位错密度较高的区域称为位错席。如果形变量再提高,晶体中便全形成胞状组织。

      为了说明形变强化的物理实质,必须了解在形变过程中位错的产生、分布和运动与流变强度的关系。阶段Ⅰ的强化可以认为是通过形成位错偶使大量位错受到羁绊而阻滞,但是偶中正负号位错的长程应力场在很大程度上互相抵销,因而位错偶只提供很小的阻止位错运动的应力场,导致阶段Ⅰ的强化效应微弱。阶段Ⅱ的强化模型很多,如位错塞积群长程应力强化模型(1952),位错林强化模型(1959),位错割阶强化模型(1960),网眼长度强化模型(1962),流变应力统计强化模型(1966)以及高位错密度区强化模型(1967)等等,每一种模型都解释一部分实验现象,但也存在不少问题。其中以西格(A.See-ger)根据莫特(F.Mott)所提出的位错塞积群长程应力强化模型比较经典,可得出流变强度与位错密度的线性关系式,同时推算的Image:308-05.gif和实验结果也比较符合。形变强化的第Ⅲ阶段应力-应变曲线呈抛物线形,亦即强化效应逐渐下降,这是因为在高形变量下出现大量交滑移及异号位错兼并的缘故。由于应力的提高,有些位错可能绕过障碍前进,这些都减少强化效应。也就是说,在阶段Ⅲ有动态回复出现。在多晶金属的加工硬化过程中,阶段Ⅱ强化起决定性作用。为了保持多晶体塑性变性的连续性和协调性,每个晶粒发生变形时,必须有五个以上的滑移系统同时开动;所以,在多晶体里实际上不存在象单晶那样的阶段Ⅰ单系滑移和强化。
      总之,形变强化决定于位错运动受阻,因而强化效应与位错类型、数目、分布、固溶体的晶型、合金化情况、晶粒度和取向及沉淀颗粒大小、数量和分布等有关。温度和受力状态有时也是决定性的因素。
      一般来说,退火单晶的位错密度为106cm-2,变形量很大的金属可在1012cm-2以上。层错能低的金属比层错能高的金属加工硬化更为显著。细晶粒、有淀淀相、高速形变和低温形变都表现出较高的形变强化效应。

    该用户从未签到

    发表于 2008-9-27 23:25:52 | 显示全部楼层
    还牵涉到化学成分啊!!
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