影響金屬材料疲勞強(qiáng)度的八大因素拉力試驗(yàn)機(jī)
材料的疲勞強(qiáng)度對各種外在因素和內(nèi)在因素都極為敏感,。外在因素包括零件的形狀和尺寸、表面光潔度及使用條件等,,內(nèi)在因素包括材料本身的成分,組織狀態(tài),、純凈度和殘余應(yīng)力等,。這些因素的細(xì)微變化,均會造成材料疲勞性能的波動甚至大幅度變化,。
各種因素對疲勞強(qiáng)度的影響是疲勞研究的重要方面,,這種研究將為零件合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及正確選擇材料和合理制訂各種冷熱加工工藝提供依據(jù),,以保證零件具有高的疲勞性能,。
應(yīng)力集中的影響
常規(guī)所講的疲勞強(qiáng)度,都是用精心加工的光滑試樣測得的,,然而,,實(shí)際機(jī)械零件都不可避免地存在著不同形式的缺口,如臺階,、鍵槽,、螺紋和油孔等。這些缺口的存在造成應(yīng)力集中,,使缺口根部的大實(shí)際應(yīng)力遠(yuǎn)大于零件所承受的名義應(yīng)力,,零件的疲勞破壞往往從這里開始。
理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt :在理想的彈性條件下,,由彈性理論求得的,,缺口根部的大實(shí)際應(yīng)力與名義應(yīng)力的比值。
有效應(yīng)力集中系數(shù)(或疲勞應(yīng)力集中系數(shù))Kf:光滑試樣的疲勞極限σ-1與缺口試樣疲勞極限σ-1n的比值,。
有效應(yīng)力集中系數(shù)不僅受構(gòu)件尺寸和形狀的影響,,而且受材料的物理性質(zhì)、加工,、熱處理等多種因素的影響,。
有效應(yīng)力集中系數(shù)隨著缺口尖銳程度的增加而增加,但通常小于理論應(yīng)力集中系數(shù),。
疲勞缺口敏感度系數(shù)q:疲勞缺口敏感度系數(shù)表示材料對疲勞缺口的敏感程度,,由下式計(jì)算。 q的數(shù)據(jù)范圍是0-1,,q值越小,,表征材料對缺口越不敏感。試驗(yàn)表明,,q并非純粹是材料常數(shù),,它仍然和缺口尺寸有關(guān),只有當(dāng)缺口半徑大于一定值后,q值才基本與缺口無關(guān),,而且對于不同材料或處理狀態(tài),,此半徑值也不同。
尺寸因素的影響
由于材料本身組織的不均勻性以及內(nèi)部缺陷的存在,,尺寸增加造成材料破壞概率的增加,,從而降低材料的疲勞極限。尺寸效應(yīng)的存在,,是把試驗(yàn)室小試樣測得的疲勞數(shù)據(jù)運(yùn)用于大尺寸實(shí)際零件中的一個重要問題,,由于不可能把實(shí)際尺寸的零件上存在的應(yīng)力集中、應(yīng)力梯度等*相似地在小試樣上再現(xiàn)出來,,從而造成試驗(yàn)室結(jié)果與某些具體零件疲勞破壞之間的互相脫節(jié),。
表面加工狀態(tài)的影響
機(jī)加工的表面總存在著高低不平的加工痕跡,這些痕跡就相當(dāng)于微小缺口,,在材料表面造成應(yīng)力集中,,從而降低材料的疲勞強(qiáng)度。試驗(yàn)表明,,對于鋼和鋁合金,,粗糙的加工(粗車)與縱向精拋光相比,疲勞極限要降低10%-20%甚至更多,。材料的強(qiáng)度越高,,則對表面光潔度越敏感。
加載經(jīng)歷的影響
實(shí)際上沒有任何零件是在恒定的應(yīng)力幅條件下工作,,材料實(shí)際工作中的超載和次載都會對材料的疲勞極限產(chǎn)生影響,,試驗(yàn)表明,材料普遍存在著超載損傷和次載鍛煉現(xiàn)象,。
所謂超載損傷是指材料在高于疲勞極限的載荷下運(yùn)行達(dá)到一定周次后,,將造成材料疲勞極限的下降。超載越高,,造成損傷所需的周次越短,。
事實(shí)上,在一定條件下,,少量次數(shù)的超載不僅不會對材料造成損傷,由于形變強(qiáng)化,、裂紋鈍化以及殘余壓應(yīng)力的作用,,還會對材料造成強(qiáng)化,從而提高材料的疲勞極限,。因此,,應(yīng)對超載損傷的概念進(jìn)行一些補(bǔ)充和修正。
所謂次載鍛煉是指材料在低于疲勞極限但高于某一限值的應(yīng)力水平下運(yùn)行一定周次后,造成材料疲勞極限升高的現(xiàn)象,。次載鍛煉的效果和材料本身的性能有關(guān),,塑性好的材料,一般來說鍛煉周期要長些,,鍛煉應(yīng)力要高些方能見效,。
化學(xué)成分的影響
材料的疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度在一定條件下存在著較密切的關(guān)系,因此,,在一定條件下凡能提高抗拉強(qiáng)度的合金元素,,均可提高材料的疲勞強(qiáng)度。比較而言,,碳是影響材料強(qiáng)度的主要因素,。而一些在鋼中形成夾雜物的雜質(zhì)元素則對疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。
熱處理和顯微組織的影響
不同的熱處理狀態(tài)會得到不同的顯微組織,,因此,,熱處理對疲勞強(qiáng)度的影響,實(shí)質(zhì)上就是顯微組織的影響,。同一成份的材料,,由于熱處理不同,雖然可以得到相同的靜強(qiáng)度,,但由于組織的不同,,疲勞強(qiáng)度可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。
在相同的強(qiáng)度水平時(shí),,片狀珠光體的疲勞強(qiáng)度明顯要低于粒狀珠光體,。同是粒狀珠光體,其滲碳體顆粒越細(xì)小,,則疲勞強(qiáng)度越高,。
顯微組織對材料疲勞性能的影響,除了和各種組織本身的機(jī)械性能特性有關(guān)外,,還和晶粒度以及復(fù)合組織中組織的分布特征有關(guān),。細(xì)化晶粒可提高材料的疲勞強(qiáng)度,。
夾雜物的影響
夾雜物本身或由它而產(chǎn)生的孔洞相當(dāng)于微小缺口,,在交變載荷作用下將產(chǎn)生應(yīng)力集中和應(yīng)變集中,成為疲勞斷裂的裂紋源,,對材料的疲勞性能造成不良影響,。夾雜物對疲勞強(qiáng)度的影響不僅取決于夾雜物的種類、性質(zhì),、形狀,、大小、數(shù)量和分布,而且還取決于材料的強(qiáng)度水平以及外加應(yīng)力水平及狀態(tài)等因素,。
不同類型的夾雜物其機(jī)械和物理性能不同,,和母材性能之間的差異不同,對疲勞性能的影響也不同,。一般說來,,易變形的塑性夾雜物(如硫化物)對鋼的疲勞性能影響較小,而脆性夾雜物(如氧化物,、硅酸鹽等)則有較大的危害,。
比基體膨脹系數(shù)大的夾雜物(如硫化物)因在基體中產(chǎn)生壓應(yīng)力而影響小,而比基體膨脹系數(shù)小的夾雜物(如氧化鋁等)因在基體中產(chǎn)生拉應(yīng)力而影響大,。
夾雜物與母材結(jié)合的緊密程度也會影響疲勞強(qiáng)度,。硫化物易于變形,和母材結(jié)合緊密,,而氧化物易于脫離母材,,造成應(yīng)力集中。由此可知,,從夾雜物的類型來說,,硫化物的影響較小,而氧化物,、氮化物和硅酸鹽等則是危害較大的,。
不同加載條件下,夾雜物對材料疲勞性能的影響也不同,,在高載條件下,,無論有沒有夾雜物的存在,外加載荷均足以使材料產(chǎn)生塑性流變,,夾雜物的影響較小,,而在材料的疲勞極限應(yīng)力范圍,夾雜物的存在造成局部應(yīng)變集中成為塑性變形的控制因素,,從而強(qiáng)烈地影響材料的疲勞強(qiáng)度,。也就是說,夾雜物的存在主要是影響材料的疲勞極限,,對高應(yīng)力條件下的疲勞強(qiáng)度影響不明顯,。
材料的純凈度是由熔煉工藝過程決定的,因此,,采用凈化冶煉方法(如真空熔煉,、真空除氣和電渣重熔等)均可有效降低鋼中的雜質(zhì)含量,改善材料的疲勞性能,。
表面性能變化及殘余應(yīng)力的影響
表面狀態(tài)的影響除前已提及的表面光潔度外,還包括表層機(jī)械性能的變化及殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響。表層機(jī)械性能的變化可以是表層化學(xué)成分和組織不同所引起,,也可以是表層因形變強(qiáng)化而引起,。
滲碳、氮化和碳氮共滲等表面熱處理除了可以增加零件的耐磨性之外,,還是提高零件疲勞強(qiáng)度,,特別是提高耐腐蝕疲勞和咬蝕的一種有效手段。
表面化學(xué)熱處理對疲勞強(qiáng)度的影響主要取決于加載方式,、滲層中的碳氮濃度,、表面硬度及梯度、表面硬度與心部硬度之比,、層深以及表面處理所形成的殘余壓應(yīng)力的大小和分布等因素,。大量試驗(yàn)表明,只要是先加工缺口后經(jīng)化學(xué)熱處理,,則一般說來缺口越尖銳,,疲勞強(qiáng)度的提高也越多。
不同的加載方式下,,表面處理對疲勞性能的影響也不同,。軸向加載時(shí),由于不存在應(yīng)力沿層深分布不均的現(xiàn)象,,表層和層下的應(yīng)力相同,。在這種情況下,表面處理只能改善表面層的疲勞性能,,由于心部材料未得到強(qiáng)化,,因而疲勞強(qiáng)度的提高有限。在彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下,,應(yīng)力的分布集中于表層,,表面處理形成的殘余應(yīng)力和這種外加應(yīng)力疊加,使表面實(shí)際承受的應(yīng)力降低,,同時(shí),,由于表層材料的強(qiáng)化,因而能有效地提高彎曲和扭轉(zhuǎn)條件下的疲勞強(qiáng)度,。
和滲碳,、氮化以及碳氮共滲等化學(xué)熱處理相反,如果零件在熱處理過程中脫碳,,使表層的強(qiáng)度降低,,則會使材料的疲勞強(qiáng)度大幅度降低。同樣,,表面鍍層(如鍍Cr,、Ni等)由于鍍層中的裂紋造成的缺口效應(yīng),、鍍層在基體金屬中引起的殘余拉應(yīng)力以及電鍍過程中氫氣的浸入導(dǎo)到氫脆等原因,使疲勞強(qiáng)度降低,。
采用感應(yīng)淬火,、表面火焰淬火以及低淬透性鋼的薄殼淬火,均可獲得一定深度的表面硬度化層,,并在表層形成有利的殘余壓應(yīng)力,,因而也是提高零件疲勞強(qiáng)度的有效方法。
表面滾壓和噴丸等處理,,由于能在試樣表面形成一定深度的形變硬化層,,同時(shí)使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,因而也是提高疲勞強(qiáng)度的有效途徑,。
拉力試驗(yàn)機(jī)介紹:
TH-9006經(jīng)濟(jì)型雙桿拉壓力試驗(yàn)機(jī)為簡易型拉力試驗(yàn)機(jī),,結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,,可放置于工作臺上進(jìn)行試驗(yàn),。具有操作簡單方便,尤其適合做生產(chǎn)線上控制產(chǎn)品質(zhì)量的檢查儀器,。該系列機(jī)型主要適用于試驗(yàn)負(fù)荷低于50kg以內(nèi)的非金屬及金屬材料試驗(yàn),。
此機(jī)適合于各種紡織,服裝鞋帽,,橡膠,,塑料,合成革,,膠帶電線電纜,,端子,電子,,金屬等行業(yè)的材料及制品做抗拉,、剝離、撕裂,、彎曲抗剪力,、三點(diǎn)抗折……等各項(xiàng)試驗(yàn),用以判定產(chǎn)品的質(zhì)量,。
拉力試驗(yàn)機(jī)技術(shù)規(guī)格:
型號 | TH-9006 微電腦式拉壓力試驗(yàn)機(jī) | TH-9006A 電腦式拉壓力試驗(yàn)機(jī) | TH-9006S 伺服電腦式拉壓力試驗(yàn)機(jī) | |
力量選擇 | 10Kg 20Kg 50Kg 100kg | |||
單位切換 | gf Kgf N KN LBf | |||
感應(yīng)方式 | 采用美制高精度荷重元 | |||
測試空間 | 測試寬度:150mm拉伸有效行程350mm | |||
測試精度 | 力量:0.5% 位移:±1% | |||
速度控制 | 50-350mm/min | 50-350mm/min | 0.1-4500mm/min | |
控制模式 |
定速度控制
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定速度控制 斷點(diǎn)控制 | 采用全計(jì)算機(jī)控制,,可實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)控制,定速度控制,,定荷重控制,,定位移控制,可進(jìn)行恒定拉壓力測試 | |
顯示方式 | 液晶顯示 | 專業(yè)測試PC軟件 (中繁英文可切換) | ||
傳動系統(tǒng) | 變頻馬達(dá),,高精度滾珠絲桿 | 日本松下伺服馬達(dá)及控制器,,進(jìn)口滾珠絲桿 | ||
位移系統(tǒng) | 采用進(jìn)口光電編碼器感應(yīng)變形量 | |||
安全裝置 | 過載緊急停機(jī)裝置,;上下行程限定裝置;漏電自動斷電系統(tǒng),; 負(fù)荷過載停機(jī)保證,;自動斷點(diǎn)停機(jī)功能; | |||
夾具 | 可訂做選擇,,采用高硬度鋼材電鍍處理,具耐磨耐沖擊特性 | |||
機(jī)臺尺寸 | 400*150*750mm |
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