科普下金属疲劳是什么意思该如何解决
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物理原理
金属疲劳英文词条为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。
解决金属疲劳的办法
零件的形状、尺寸要合理,因避免尖角、缺口、截面突变,因为这些地方容易引起应力集中而导致疲劳裂纹;如果伴随着尺寸的增加,材料的疲劳极限降低;强度越高,疲劳极限下降的越明显。
零件的表面粗糙度只要降低,提高金属表面加工质量。因为疲劳源多数位于零件的表面,所以应尽量减少表面缺陷,如氧化、脱碳、裂纹、夹杂等。减少表面加工损伤,如刀痕、磨痕、擦伤等。
金属表面要进行强化处理,如渗碳、渗氮、表面淬火、喷丸、滚压等都可以有效地提高疲劳强度。这是因为表面强化处理不仅提高了表面疲劳极限,还在材料表面形成了具有一定深度的残余压应力。在工作时,这部分压应力可以抵消部分拉应力,使实际承受的应力降低,从而提高疲劳极限。
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