?c4??k1c3.8a?0.212?k1c/?0.2?2?1.28?603.8?0.001?0.212?60/1400?2?1180MPa

ζc4﹥ζ,此工艺满足要求。 对于第五种工艺：

由于?/?0.2?1000/1500?0.67，不必考虑塑性区修正问题。由于裂纹可以看成半椭圆裂纹，设a/c＝0.6,查表可知φ＝1.28,故裂纹的形状系数Y=的计算式为：

1.1?。便得到断裂应力ζc??c5??k1c1.1??a?1.28?551.1???0.001?1135MPa

ζc5﹥ζ,此工艺满足要求。

第五章 习题与答案

1、解释下列名词

（1）应力范围△ζ：在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的差值。 （2）应变范围△ε：在循环应力作用下，最大应变与最小应变之间的差值。 （3）应力幅ζa:在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的差值的一半。 （4）应力幅（△εt/2，△εe/2, △εp/2）：

（5）平均应力ζm：在循环应力作用下，最大应力与最小应力之间的和的一半。 （6）应力比r：在循环应力作用下，最小应力与最大应力之间的比值。

（7）疲劳源：是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，因为这里的应力集中会引发疲劳裂纹。

（8）疲劳贝纹线：由载荷变动引起的，如机器运转时的开动和停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了弧状台阶痕迹。

（9）疲劳条带；是疲劳亚稳扩展的断口特征,它是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样。 （10）驻留滑移带：在疲劳多次循环后抛光，可发现该滑移带会因已经相当深入而未被抛掉，将成为嵌入材料表面的微小裂纹源，该滑移带被称为“驻留滑移带”。 （11）挤出脊和侵入沟；

（12）△K：疲劳的应力强度因子范围。

（13）da/dN：每循环一次扩展的距离，称为疲劳裂纹扩展速率。

（14）疲劳寿命： （15）过渡寿命；

（16）热疲劳：是由于温度周期变化引起零件或构件的自由膨胀和收缩，而又因这种膨胀和收缩受到约束，产生了交变热应力，由这种交变热应力引起的破坏。

（17）过载损伤:由金属机件偶然经受短期过载，造成疲劳寿命或疲劳极限减小的现象。 2、解释下列疲劳性能指标的意义 （1）疲劳强度ζ-1，ζ

-1p

, τ-1,ζ-1p；

ζ-1：表征对称弯曲疲劳极限； ζ

-1p

：表征对称拉压疲劳极限；

τ-1： 表征对称扭转疲劳极限； ζ-1N；表征缺口试样的疲劳极限；

（2）疲劳疲劳缺口敏感度qf：表征金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性；

（3）过载损伤界：材料在过载应力下工作一定周次后，会造成过载疲劳损伤，而低于某一周次的预先过载对其后进行的疲劳寿命没有影响，该最低循环周次的轨迹叫过载损伤界。 （4）疲劳门槛值△Kth：疲劳裂纹不扩展的△K临界值。 3、试述金属疲劳断裂的特点 答：

? 疲劳断裂是低应力循环延时断裂； ? 疲劳断裂是脆性断裂； ? 疲劳断裂对缺陷十分敏感；

4、试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程。

答：从疲劳的宏观断口的来看，有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区及瞬断区。 疲劳源是疲劳裂纹萌生的策源地，在断口上，疲劳源一般在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连，因为这里的应力集中会引发疲劳裂纹。疲劳区是疲劳裂纹亚稳扩展所形成的断口区域，该区是判断疲劳断裂的重要证据。瞬断区是裂纹最后失稳快速扩展所形成的断口区域。

5、试述疲劳曲线（S-N）及疲劳极限的测试方法。

答：疲劳曲线（S-N）通常是用旋转弯曲疲劳试验测定的，用四点弯曲试验机，这种试验机结构简单，操作方面，能够实现对称循环和恒应力幅的要求，因此比较广泛。试验时，用升降法测定条件疲劳极限，用成组试验测定高应力部分，然后将上述两试验数据整理，并

拟合成疲劳曲线，再测得疲劳极限。 6、试述疲劳图的意义、建立及用途。

答：疲劳图是各种循环疲劳极限的集合图，也是疲劳曲线的另一种表达形式。根据平均应力对疲劳极限ζr的影响规律建立疲劳图。建立好疲劳图后，只要我们知道应力比r之后，可以根据疲劳图，得到相应的疲劳极限。

7、试述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。

答:宏观疲劳裂纹是由微观裂纹的形成、长大及连接而成的。疲劳微观裂纹都是由不均匀的局部滑移和显微开裂引起的，主要有表面滑移开裂，第二相、夹夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。阻止疲劳裂纹萌生方法有：细晶强化、固溶强化，降低第二相和夹杂物的脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布，使晶界强化，净化均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度。

8、试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析。 答：影响疲劳裂纹扩展速率的因素有：应力比r（或平均应力ζm）、过载峰、材料的组织；而影响疲劳裂纹萌生因素有：表面滑移开裂，第二相、夹夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。从两者来看，疲劳裂纹的产生的主要影响因素是由于材料内部缺陷所引起的，而与外载几乎没有关系。

9、试述疲劳微观断口的主要特征及其形成模型。

答：疲劳微观断口的主要特征是具有疲劳条带；疲劳条带形成的原因中，比较公认是塑性钝化模型，也称为Laird疲劳裂纹扩展模型，在交变应力为零时裂纹闭合，这是在开始一循环周次时的原始状态。当拉应力增加，裂纹张开，在裂纹尖端沿最大切应力方向产生滑移。随着拉应力继续增加到最大值时裂纹张开至最大，塑性变形的范围也随之扩大，即表示裂纹尖端的塑性变形范围。由于塑性变形的结果．裂纹尖端的应力集中减小，裂纹尖端钝化：理想状态是假定裂纹尖端张开呈半圆形，这时裂纹便停止扩展。当应力变为压缩应力时，滑移方向也改变了，裂纹表面渐被压缩，到压应力为最大值时，裂纹便完全闭合，又恢复到原始状态，（具体见有关书籍）。这样反复循环，便留下了疲劳条带。 10、试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。

答：通过疲劳裂纹扩展速率表达式，用积分方法算出疲劳裂纹扩展寿命和疲劳剩余寿命；具体步骤如下：计算KI，再计算裂纹临界尺寸ac，最后根据有关公式估算疲劳寿命（详见书本上例题） 11、试述ζ

-1

与△Kth的异同及各种强化方法影响的异同。

答：ζ-1：指当循环应力水平降低到ζ

-1

以下时，试样可以经无限次应力循环也不发生

疲劳断裂，它是光滑试样的无限寿命疲劳强度；△Kth表示材料阻止裂纹开始扩展的性能，是材料的力学性能指标，其值越大，阻止疲劳裂纹开始扩展的能力就越大，材料就越好，是裂纹试样的无限寿命疲劳性能，适于裂纹件的设计和校核。 12、试述金属表面强化对疲劳强度的影响。

答：金属表面强化处理可在机件表面产生有利的残余应力，同时还以提高机件表面的强度和

硬度，这两种作用都能提高疲劳强度（具体见有关书籍）。 13、试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。

答：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断增加，即称为循环硬化；循环软化指金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加其应力（形变抗力）不断减小；要产生循环硬化和循环软化取决于材料的初始状态、结构特性以及应变幅和温度，还与位错的运动有关。 14、试述低周疲劳的规律及曼森—柯芬关系。 15、试述多冲疲劳规律及提高多冲疲劳强度的方法。

答：多冲疲劳规律是：与低周疲劳相似，在冲击能量高时，材料的冲击疲劳斥力主要取决于塑性；冲击能量低时，冲击疲劳斥力则主要取决于强度。淬火回火钢的冲击疲劳抗力随回火温度不同不是单调变化的，与常规单一力学性能指标之间也不存在对应关系，而是在某一温度下有一个峰值，该峰值随冲击能量增加向高温方向移动。冲击韧度的影响，因材料强度不同而异。对于提高多冲疲劳强度的方法要根据具体材料而定。

16、试述热疲劳和热机械疲劳的特征及规律；欲提高热锻模具的使用寿命，应该如何处理热疲劳与其它性能的相互关系？

答：热疲劳是由于温度周期变化引起零件或构件的自由膨胀和收缩，而又因这种膨胀和收缩受到约束，产生了交变热应力，由这种交变热应力引起的破坏。而热机械疲劳是温度循环和机械应力循环叠加所引起的疲劳。欲提高热锻模具的使用寿命，应注意材料的热传导、比热容等热学性质，还要注意材料的弹性和屈服强度等力学性能。

17、正火上浇油45钢的ζb=610MPa, ζ-1=300MPa，试用Goodman公式绘制ζmax(ζmin)-ζm 疲劳图，并确定ζ-0.5、ζ0和ζ0.5等疲劳极限。

18、有一板件在脉动载荷下工作，ζmax=200MPa,ζmin=0,其材料的ζb=670MPa、ζ0.2=600MPa、K1C=104MPa.m,Paris公式中c=6.9×10，n=3。0，使用中发现有0.1mm和

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