四、实验步骤

1．测量试样缺口处最小横截面面积。

2．让摆锤自由下垂，使被动指针紧靠主动指针。然后举起摆锤空打(即试验机上不放置试样)，若被动

指针不能指零，应调整指零。

3．按图6－4安放试样，使缺口对称面处于支座跨度中点，偏差小于土0，2mm。

4．将摆锤举至需要位置，然后使其下落冲断试样。记录被动指针在度盘上的读数，即为冲断试样所消耗的功。

五、实验报告及讨论问题

1．实验报告格式由学生自行拟定。

2．若试样受冲后未完全折断，报告中应注明“未折断”。如因试验机冲击能量偏低使试样未能完全折断，则应在报告中注明?k大于试验机的读数。

3．试样断口有明显夹渣、裂纹，且数据偏低时，实验应重作。如试样卡锤或操作不当，则实验数据无效。

4．实验数据保留三位有效数字，计算按附录Ⅱ的修约规定。

5．比较低碳钢和铸铁两种材料的。?k值，绘出两种试样的断口形貌，指出各自的特征。 六、注意事项

1．冲击机在举起摆锤安放试样时，必须有人托住摆锤加保护，以防摆锤突然下落造成事故。 2．在摆锤摆动范围内，不得有任何人员活动或放置障碍物，以保证安全。 七、预习及思考题

预习本节及《材料力学》教材中的有关章节。回答下列问题。 1.用冲击低碳钢的大能量试验机击铸铁试样，能否得到准确结果？

2.因冲击能量偏低使试样未曾折断，是认为实验无效应重新进行？还是采用“?k＞指示值”的表示方式？ 3.观察冲击试样断口形貌有什么意义?

图6－4

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实验七 疲劳实验

在足够大的交变应力作用下，于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，时断时续。随着裂纹的扩展，构件横截面逐步削弱，达到一定限度时，构件会突然断裂。金属因交变应力引起赶的上述失效现象，称为金属的疲劳。

静载下塑性性能很好的材料，当承受交变应力时，往往在应低于屈服极限没有明显塑性变形的情况下，突然断裂。疲劳断口(图7－1）明显地分成两个区域：较为光滑的裂纹扩展区和较为粗糙的断裂区。裂纹形成后。交变应力使裂纹的两侧时而张开时而闭合，相互挤压反复研磨．光滑区就是这样形成的。载荷的间断和大小的变化，在光滑区留下多条裂纹前沿线。至于粗糙的断裂区，则是最后突然断裂形成的．

统汁数据表明，机械零件的失效，约有7O％左右是疲劳引起的，而且造成的事故大多数是灾难性的。因此，通过实验研究金属材料抗疲劳的性能是有实际意义的。

一、实验目的

1、观察疲劳失效现象和断口特征。 2．了解测定材料疲劳极限的方法． 二、实验设备

弯曲疲劳试验机

三、实验原理

在交变应力的应力循环中，最小应力和最大应力的比值称为循环特征或应力比。

?? ?k1?min ?max1在既定的?下，若试样的最大应力为?max，经历N1次循环后，发生疲劳失效，则N1称为最大应

力为?max时的疲劳寿命(简称寿命)。实验表明，在同一循环持征下．最大应力越大，则寿命越短；随着最大应力的降低，寿命迅速增加。表示最大应力?max与寿命N的关系的曲线称为应力--寿命曲线或S?N曲线。碳钢的S?N曲线略如图7－2所示。从图线看出，当应力降到某一极限值??时，S?N曲线趋近于水平线，即应力不超过??，寿命N可无限增大。??称为疲劳极限或持久极限．下标?表示循环特征。

实验表明，黑色金属试样如经历10次循环仍未失效，则再增加循环次数一般也不会失效．故可把10次

7循环下仍未失效的最大应力作为持久极限??，而把N?10称为循环基数。有色金属的S?N曲线在

77N?5?108时往往仍未趋于水平，通常规定一个循环基数N0，例如取N0?108，把它对应的最大应力作

为“条件”持久极限。在工程问题中，有时是根据零件寿命的要求，在规定的某一循环次数下，测出最大应力?max并称之力疲劳强度，它有别于上面定义的疲劳极限。

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图7－1

/

图7－3

图7－4

用旋转弯曲疲劳实验来测定对称循环的疲劳极限??1，设备简单最常使用。各类旋转弯曲疲劳试验机大同小异，图7－3为这类试验机的原理示意团。试样1的两端装入左，右两个心轴2后，旋紧左、右两根螺杆3，使试样与两个心轴组成一个承受弯曲的“整体梁”，它支承于两端的滚珠轴承4上。载荷P通过加力架

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作用于“梁”上，其受力简图及弯矩图如图7－4所示．梁的中段(试样)为纯弯曲，且弯矩为M?1Pa 2“梁”由高速电机6带动，在套简7中高速旋转，于是试样横载面上任一点的弯曲正应力，皆为对称循环交变应力。若试样的最小直径为dmin，最小截面边缘上一点最大和最小应力为

?max?式中I?MdminMdmin， ?min?? （7－1） 2I2I?64d4min。试样每旋转一周，应力就完成一个循环。试样断裂后，套筒压迫停止开关使试验机自动

停机。这时的循环次数可由计数器8中读出。 四、实验方法

这里介绍的单点实验法的依据是标准HB5152一8O(第三机械工业部标准，金属室温旋转弯曲疲劳实验方法)。这种方法在试样数量受限制的情况下，可用以近似地测定S?N曲线和粗略地估计疲劳极限。更精确地确定材料抗疲劳的性能应采用升降法。

单点实验法至少需8～10根试样，第一根试样的最大应力约为?1?(0.6~0.7)?b，经N次循环后失效。继取另一试样使其最大应力?2?(0.40~0.45)?b，若其疲劳寿命N?10，则应降低应力再做。直至在

7①

?2作用下，N?107。这样，材料的持久极限??1在?1与?2之间。在在?1与?2之间插人4～5个等差

应力水平，它们分别?3 、?4、?5、?6， 逐级递减进行实验，相应的寿命分别为N3、N4、这就可能出现两种情况：（1）与?6相对应的N6?107，持久极限在?2与?3之间。这时取?7?1(?2??6)再试，若2，即?7??2???*，则持久极限N7?107，且?7??6小于控制精度△?*（关于△?*，将在下面说明）

7为?7与?2的平均值，即??1?（?2??7）。若N?107均值，即??1?（?2??7）。(2)与?6相应的N?1012，且?6??7???*，则??1为?66与?7的平，这时以?6和?5取代上述情况的?2和?6，用

12相同的方法确定持久极限。

关于控制精度△?，一般规定如下：疲劳极限在100～200Mpa时，△?取为5Mpa；疲劳极限在200～400Mpa时，△?取为10Mpa：疲劳极限大于400Mpa时，△?取为15Mpa。 五、试样

同一批试样所用材料应为同一牌号和同一炉号，并要求质地均匀没有缺陷。疲劳强度与试样取材部位、锻压方向等有关，并受表面加工、热处理等工艺条件的影响较大。因此，试样取样应避免在型材端部，对锻件要取在同一锻压方向或纤维延伸方向。同批试样热处理工艺相同。切削时应避免表面过热，引起较大残余应力。不能有周线方向的刀痕，式样的试验部分要磨削加工，粗糙度如图7－5所示 。过渡部分应有足够的过渡圆角半径。

圆弧形光滑小试样如图7－5所示，其最小直经为7～10mm，试样的其他外形尺寸，因疲劳试验机的类型

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