[發明專利]一種通過拉伸性能確定金屬材料疲勞強度的方法

有效

• 申請號: 201711237807.7
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN109855960B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 張哲峰;王斌;張鵬;劉睿;龐建超;段啟強
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/28
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種通過拉伸性能確定金屬材料疲勞強度的方法，屬于金屬材料疲勞強度測試技術領域。步驟為：(1)獲得同一成分金屬材料在不同強度?塑性水平下的拉伸性能；(2)將抗拉強度、均勻延伸率轉化為真抗拉強度和真均勻延伸率；(3)作出真抗拉強度σ_tb與真均勻延伸率ε_tu的分布圖；(4)作出失穩強度線和局部強度線；(5)失穩強度線與局部強度線的相交點為最大疲勞強度所對應的點。利用本發明可以快速地在同一成分金屬材料的強度?塑性倒置關系曲線上找出疲勞強度最高的位置，避免大量的高周疲勞實驗來比較不同強度金屬材料的疲勞強度，減少人力和物力的浪費。

技術領域

本發明涉及金屬材料疲勞強度測試技術領域，具體涉及一種通過拉伸性能確定金屬材料疲勞強度的方法。

背景技術

對汽車、火車、飛機來說，它們的很多構件都是在交變載荷下工作，如軸、齒輪、彈簧、葉片等。通過調研和統計分析發現，疲勞斷裂占金屬構件失效案例總數的80％以上[束德林.工程材料力學性能,機械工業出版社,北京,2007.]，極易造成人身事故和經濟損失，所以其危害性極大。材料的疲勞是指材料在循環載荷作用下的損傷和破壞。1964年日內瓦的國際標準化組織把疲勞定義為：“金屬材料在應力或者應變的反復作用下所發生的性能變化叫做疲勞”[Suresh S.Fatigue of Materials,Cambridge university press,Cambridge,1991.]。對金屬構件而言，其疲勞斷裂的過程主要包括了兩個階段：疲勞裂紋萌生以及疲勞裂紋擴展。而根據結構件的無限壽命設計方法，金屬材料的疲勞強度(極限)將是工程構件選材的一個重要指標。因此，提高金屬材料的疲勞強度一直是疲勞領域的一個重要研究課題。眾所周知，通過疲勞實驗來獲得金屬材料的疲勞強度要耗費大量的時間和金錢。而前人花費了大量的精力去試圖建立疲勞強度與基本力學性能之間的關系[Frorrest PG,Fatigue of Metals,Pergamon Press,Oxford,1962；Murakami Y,MetalFatigue,Elsevier Science Ltd.,Oxford,2002；Lee YL,Pan J,Hathaway RB,Barkey ME,Fatigue Testing and Analysis(Theory and Practice),Elsevier Butter-worthHeinemann,Amsterdam,Boston,Heidelberg,2005；Tóth L,Yarema SY.Formation of thescience of fatigue of metals.Part 1.1825-1870,Mater.Sci.,2006,42:673-680；PangJC,Li SX,Wang ZG,Zhang ZF.General relation between tensile strength andfatigue strength of metallic materials,Mater.Sci.Eng.A,2013,564:331-341；PangJC,Li SX,Wang ZG,Zhang ZF.Relations between fatigue strength and othermechanical properties of metallic materials,Fatigue Fract.Eng.Mater.Struct.,2014,37:958-976]，這是因為材料的基本力學性能比較容易獲得。

19世紀60年代左右，被譽為“疲勞之父”的開始系統地研究火車車軸的疲勞行為。到19世紀70年代，總結疲勞結果時發現鐵基合金的疲勞強度(σ_w)與抗拉強度(σ_b)之間存在簡單的線性關系[Tóth L,Yarema SY.Formation of the science offatigue of metals.Part 1.1825-1870,Mater.Sci.,2006,42:673-680]：

σ_w＝(0.4～0.5)σ_b (1)；

由上可知，對抗拉強度較高的金屬材料來說，其疲勞強度也較高。