疲劳试验高周疲劳

Question

如题所述

Answer 1

在材料科学中，高周疲劳是一种关键的性能测试，用于评估金属材料在重复应力作用下的耐久性。这种测试通常在高周疲劳机上进行，其中应力比（σa/σmin）是衡量的关键参数，即循环中的最大应力与最小应力之比。在对称循环应力中，当σa/σmin等于-1时，疲劳极限的表示通常为σf。金属材料的疲劳极限通常与其抗拉强度成正比，大约为0.5的比例，选择第一个循环应力作为试验参考具有重要意义。

在疲劳试验中，应力通常按照正弦波形变化，但也可能采用其他形状，如三角形或矩形。常见的疲劳试验类型包括旋转弯曲疲劳试验和轴向加载疲劳试验，这些试验的循环应力类型在图2中有所展示。

疲劳极限是指金属在实际应用中能承受的最大循环次数，也称为试验基数。例如，钢铁和钛合金的基数一般为10次，而对于某些特定材料如有色金属、特殊钢以及在高温或腐蚀条件下，基数可能降低。一些金属具有疲劳极限，这会在应力-应变曲线（S-N曲线）上表现为水平部分；反之，没有疲劳极限的金属，其S-N曲线会随着循环次数增加而逐渐下降。

疲劳极限的测定通常基于10个以上试样的疲劳试验数据，通过绘制S-N曲线来确定。疲劳强度反映了金属对外部缺陷、内部缺陷、显微组织和环境条件的敏感性，试验数据往往呈现出分散性。疲劳断裂通常始于表面层的应力集中区域，如滑移带、夹杂物等，形成典型的疲劳裂纹扩展。金属疲劳断裂表面呈现出三个区域：疲劳源、疲劳裂纹扩展区（呈现贝壳状，光亮平滑）和终断区（因过载导致静断，呈暗灰色）。

通过电子显微镜或光学显微镜的高倍放大，可以观察到在疲劳扩展区平行于裂纹扩展方向的疲劳条痕，这些条痕间距反映了局部疲劳裂纹的扩展情况，是衡量疲劳裂纹生长速率的重要指标。