什么是金属“疲劳”?

如题所述

谈到金属疲劳,大家一定觉得很奇怪,难道金属也会疲劳吗?会的,它跟人一样,超过了一定限度,就会疲劳。

不妨我们用铁丝做个实验,如果直着去拉,那是很难折断的,但要是反复弯折,就很容易弄断了。这说明,像钢铁这样的金属,在反复变化的外力作用下,它的强度要比在不变外力作用下小得多。人们便把这种现象叫做金属疲劳。

金属虽然像人一样会发生疲劳,但却同人的疲劳有着本质的区别。人疲劳后,经过一定的休息就可以恢复,而金属疲劳则永远不能恢复,因而造成许多恶性破坏事件,如轮船沉没、飞机坠毁、桥梁倒塌等。据估计,在现代机器设备中,有80~90%或零部件的损坏,都是由金属的疲劳造成的。因为金属部件所受的外力超过一定限度,在材料内部抵抗最弱的地方,会出现人眼察觉不到的裂纹。如果部件所受外力不变,微小的裂纹就不会发展,材料也不易损坏。如果部件所受的是一种方向或大小经常重复变化的外力,那么,金属材料内部的微小裂纹就会时而张开,时而相压,时而互相研磨,使裂纹扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度,金属材料被削弱到不再能承担外力时,只要有一点偶然的冲击,零部件就会发生断裂。所以,金属疲劳造成的破坏,往往都是突如其来,没有明显的迹象让人察觉。

金属“疲劳”一词,最早是由法国学者J·—V彭赛提出来的。但对金属疲劳进行研究的,则是德国科学家A·沃勒,他在19世纪50年代,就发现了表现金属疲劳特性的S—.曲线,并提出了疲劳极限的概念。尽管对金属疲劳的研究已经有100多年了,做为综合性的应用学科,已经从物理学的固体力学和金属物理学领域中分离出来,但许多问题仍没有得到解决。

现在,人们对金属的疲劳问题仍在不懈地探索着。其中人们最为关注的,是如何对现代化工业设备采取预防和保护措施,防患于未然。比如,选择具有较高抗疲劳性能的材料,防止应力集中,合理布局结构,提高构件表面加工质量和采用一些新技术和新工艺等。

再就是从理论上探讨金属疲劳造成破坏的原理是什么。在这方面,科学家们进行了各种各样的分析和研究。在疲劳破坏机理研究中,就有人提出循环软化、滑移、位错、空洞合并和拉链等说法。在疲劳积累损伤方面,目前已建立了几十种损伤理论,包括线性理论、修正理论经验公式和半经验公式等;在疲劳裂纹扩展方面,已提出了几十个裂纹扩展公式。但这些观点和实验方法,都具有很大的局限性和片面性,还需科学家们付出更大的辛劳和努力。

金属疲劳问题,是现代工业面临的大敌,如不及时解决,将会遗患无穷。所以,现在世界各国的科学家,都在进行不懈的努力,设法克服这种疑难。相信在不远的将来,这方面的研究会有重大的突破。

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第1个回答  2019-07-30
谈到金属疲劳,大家一定觉得很奇怪,难道金属也会疲劳吗?会的。它跟人一样,超过了一定限度,就会疲劳。
我们不妨用铁丝做个实验,如果直着去拉,那是很难折断的,但要是反复弯折,就很容易弄断了。这说明,像钢铁这样的金属,在反复变化的外力作用下,它的强度要比在不变外力作用下小得多。人们便把这种现象叫做金属疲劳。
金属虽然像人一样会发生疲劳,但却同人的疲劳有着本质的区别;人疲劳后,经过一定的休息就可以恢复,而金属疲劳则永远不能恢复,因而造成许多恶性破坏事故,如轮船沉没,飞机坠毁,桥梁倒塌等。据估计,在现代机器设备中,有80%——90%的零部件的损坏,都是由金属疲劳造成的。因为金属部件所受的外力超过一定限度,在材料内部抵抗最弱的地方,会出现人眼察觉不到的裂纹。如果部件所受外力不变,微小的裂纹就不会发展,材料也不易损坏。如果部件所受的是一种方向或大小经常重复变化的外力,那么,金属材料内部的微小裂纹就会时而张开,时而相压,时而互相研磨,使裂纹扩大和发展。当裂纹扩大到一定程度,金属材料被削弱到不再能承担外力时,只要有一点偶然的冲击,零部件就会发生断裂。所以,金属疲劳造成的破坏往往都是突如其来,没有明显的迹象让人察觉。
金属“疲劳”一词,最早是由法国学者J·V.彭赛提出来的。但对金属疲劳进行研究的,则是德国科学家A·沃勒,他在19世纪50年代就发现了表现金属疲劳特性的S——N曲线,并提出了疲劳极限的概念。尽管对金属疲劳的研究已经有100多年了,作为综合性的应用学科,已经从物理学中的固体力学和金属物理学领域中分离出来,但许多问题仍没有得到解决。
现在,人们对金属疲劳问题仍在不懈地探索着。其中人们最为关注的,是如何对现代化工业设备采取预防和保护措施,防患于未然。比如,选择具有较高抗疲劳性能的材料、防止应力集中、合理布局结构、提高构件表面加工质量和采用一些新技术和新工艺等。
再就是从理论上探讨金属疲劳造成破坏的原理是什么。在这方面,科学家们进行了各种各样的分析和研究。在疲劳破坏机理的研究中,就有人提出循环软化、滑移、错位、空洞合并和拉链等说法;在疲劳积累损伤方面,目前已建立了几十种损伤理论,包括线性理论、修正理论经验公式和半经验公式等;在疲劳裂纹扩展方面,已提出了几十个裂纹扩展公式。但这些观点和实验方法,都具有很大的局限性和片面性,还需科学家们付出更大的辛劳和努力。
金属疲劳问题是现代工业面临的大敌,如不及时解决,将会遗患无穷。所以,现在世界各国的科学家都在进行不懈的努力,力图克服这个领域中的种种疑难。相信在不远的将来,这方面的研究会有重大的突破。
第2个回答  2022-05-21
金属疲劳简单说就是长期使用过程中,金属内部挤压的残余应力在外部力量的作用下,拉伸或错位的晶格造成金属表面变形甚至开裂等。
金属工件制造过程中无论是车削磨削还是其他方式都会在工件内部造成微观晶格构造的错位挤压等。这里面尤其是拉伸的残余应力会破坏内部稳定性,造成金属疲劳问题。
使用热时效、自然时效等可以消除大部分残余应力,增强金属工件的疲劳寿命。不过因为这些工艺的缺陷已经逐渐淘汰,目前比较多采用振动时效来消除残余应力。
还有一种方式是加工中加入豪工艺。在车削之后使用豪工艺进行表面的抛光处理,这种工艺会采用每秒几万次的高频率冲击来改造工件微观构造,预置可控压应力,消除拉应力,让疲劳寿命几倍甚至几十倍的提高。
第3个回答  2020-12-27

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