金属材料的疲劳强度与塑性性能关系研究

不同的弹载器件材料在外力作用下抵抗变形(或破坏) 的性能是不一样的， 这些性能分别是强度、 硬度、 塑性和韧性。

1.强度

材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力。 一般来讲，材料强度仅指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力， 如屈服强度和抗拉(压) 强度。

1) 屈服强度δS

屈服强度δS表示材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力。

δS =FS/A0

式中， FS——试样产生屈服现象时所承受的最大外力， N；

A0——试样原来的截面积， mm2。

2) 抗拉(压) 强度δb

抗拉(压) 强度δb表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。

δb =F0/A0

式中， F0——试样在断裂前的最大外力， N；

A0——试样原来的截面积， mm2。

3) 屈强比

金属部件不仅需要材料的屈服强度高， 而且还需要考虑屈服强度与抗拉强度的比值——屈强比， 根据不同的设备要求， 其比值应适当。 屈强比较小的材料制造的零部件具有较高的安全可靠性， 在工作时万一超载， 也能因塑性变形而使金属的强度提高而不致立刻断裂。 但如果屈强比太低， 则材料强度的利用率会降低。 因此， 过大、 过小的屈强比都不适宜。(www.xing528.com)

4) 疲劳强度

金属材料在小于屈服强度极限的循环载荷长期作用下会发生破坏的现象。疲劳断裂与静载荷下断裂不同， 在静载荷下显示脆性或韧性的材料， 在疲劳断裂时都不产生明显的塑性变形， 断裂是突然发生的。 金属材料在循环应力下， 经受无限次循环而不发生破坏的最大应力称为疲劳强度。

2.硬度

硬度是指固体材料对外界物体机械作用(如压陷、 刻划) 的局部抵抗能力。 它采用不同的试验方法来表征不同的抗力。 常用的指标有布氏硬度(HB)、 洛氏硬度(HRC、 HRB) 和维氏硬度(HV) 等。 所得到的硬度值的大小实质上是表示材料表面抵抗压入物体(钢球或锥体) 所引起局部塑性变形的抗力大小。 一般可用硬度近似地估计抗拉强度。

3.塑性

材料的塑性是指材料受力时， 当应力超过屈服点后， 产生显著的变形而不断裂的性质。 工程上将延伸率δ 和断面收缩率Ψ 作为衡量金属静载荷下塑性变形能力的指标。

1) 延伸率

延伸率主要反映材料均匀变形的能力。 设断裂时试验段的残余变形为l1 -l， 则延伸率δ 为残余变形l1 - l 与试验段原长l 的比值， 即

2) 断面收缩率

断面收缩率主要反映材料局部变形的能力。 设试验段横截面的原面积为A， 断裂后断口的横截面面积为A1 ， 则断面收缩率Ψ 为

断面收缩率的大小与试件尺寸无关。 它不是一个表征材料固有性能的指标，但它对材料的组织变化比较敏感， 尤其对钢的氢脆以及材料的缺口比较敏感。材料的延伸率与断面收缩率值越大， 则材料的塑性越好。 良好的塑性性能可使设备在使用中产生塑性变形而避免发生突然断裂。 承受静载荷的容器及零部件， 其制作材料都应具有一定的塑性， 过高的塑性常常会导致强度降低。

4.韧性

对于承受波动或冲击载荷的弹载设备， 其材料性能仅考虑以上几种指标是不够的， 还必须考虑抗冲击性能。 材料的抗冲击能力常以使其破坏所消耗的功(或吸收的能) 除以试件的截面面积来衡量， 称为材料的冲击韧度。

韧性可理解为材料在突然外加动载荷时的一种及时并迅速塑性变形的能力。 韧性高的材料一般具有较高的塑性指标， 但塑性指标较高的材料却不一定具有较高的韧性， 原因是在静载下能够缓慢塑性变形的材料， 在动载下不一定能迅速塑性变形。 因此， 冲击值的高低取决于材料有无迅速塑性变形的能力。