N曲线)与疲劳极限及其关系

来源:热处理工艺问答作者:那顺桑

疲劳破坏是机械零部件失效的一个重要原因,并且经常造成重大的事故和损失。因此疲劳失效试验是材料性能试验中重要的一环。下面为大家介绍的疲劳试验中常见的疲劳曲线,又称S-N曲线。

疲劳曲线:金属承受交变应力和断裂循环周次之间的关系曲线。各种材料对变应力的抵抗能力,是以在一定循环作用次数N下,不产生破坏的最大应力σN来表示的。σN称为一定循环作用次数N的极限应力,也称为条件疲劳极限。对于一种材料,根据实验,可得出在各种循环作用次数N下的极限应力,以横坐标为作用次数N、纵坐标为极限应力,绘成曲线,则称为材料的疲劳曲线,或称S-N曲线。

疲劳极限
当应力低于某一值时,试样可以经受无限次的循环而不断裂。此应力值称为该材料的疲劳极限,通常用σr来表示。注脚r表示应力循环对称系数。假如是对称循环的变应力,即r=—1;如是脉动循环时,即r=0。疲劳极限分为持久疲劳极限、有限疲劳极限。

N曲线)与疲劳极限及其关系

静应力强度(AB段):应力循环次数N≤1000以前,使材料试件发生破坏的最大应力值基本不随N而变,这时的变应力强度可看作是静应力强度的状况。

低周疲劳(BC段):随着循环次数的增加,使材料发生疲劳破坏的最大应力不断下降。C点相应的循环次数大约在10000左右。这一阶段的疲劳现象称为应变疲劳。由于应力循环次数相对很小,所以也叫做低周疲劳。

高周疲劳(CD段):CD段代表有限寿命疲劳破坏。在此范围内,试件经过相应次数的变应力作用后总会发生疲劳破坏。在D点以后,如果应力低于D点应力,则无论应力变化多少次,材料都不会破坏。故D点以后的水平线代表了试件无限寿命疲劳阶段。这两段曲线所代表的疲劳统称高周疲劳。

对于具有应变时效的金属及合金,S-N曲线具有明显的水平部分,即该材料的疲劳极限具有持久疲劳极限。
对于没有应变时效的金属及合金,S-N曲线没有水平部分。为了得到该材料的疲劳极限,则需规定某一N值对应的应力为“有限疲劳极限”。对于黑色金属一般取10的7次方,有色金属及不锈钢取10的8次方。
 

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