疲劳实验问题

goodluckdog

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 ]

admin

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。

goodluckdog

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。

admin

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。

lqyh001

还牵涉到化学成分啊！！