专题四 金属材料的疲劳现象（教案)-浙江省职教高考《金属加工基础》机工版-讲练测

专题四.金属材料的疲劳现象（讲义）-《金属加工基础》（机工版）专题复习讲练测 [考纲要求] 1.理解疲劳现象的基本原理，能够解释金属材料发生疲劳破坏的原因和特点。 2. 掌握计算疲劳强度的方法，了解影响疲劳强度的因素。 3. 能够描述金属材料在疲劳作用下的裂纹形貌和特征。 4.理解金属在疲劳断裂过程中的裂纹形貌、形成机制以及不同金属在疲劳断裂表现上的差异对于预防和控制疲劳断裂至关重要 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1.疲劳现象 轴、齿轮、连杆、弹簧等金属零件是在循环应力的作用下工作的。循环应力是指应力的大小、方向都随时间发生周期性变化的应力。金属零件在循环应力作用下，在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程，称为疲劳(或称疲劳断裂)。 2.金属发生疲劳断裂的主要特征 1)零件工作时承受的实际循环应力值通常低于制作金属材料的屈服强度或规定残余延伸强度，但是零件在这种循环应力的作用下，经过一定时间的工作后会发生突然断裂。 2) 金属材料疲劳断裂时不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的。 3) 疲劳断裂首先是在零件的应力集中局部区域产生的，先形成微小的裂纹核心，即微裂源。随后在循环应力的作用下，微小裂纹不断扩展长大，形成扩展区。由于微小裂纹不断扩展，使零件的有效工作面积逐渐减小，因此，零件所受应力不断增加，当应力超过金属材料的断裂强度时，则突然发生疲劳断裂，形成最后的瞬断区。因此，金属材料的疲劳断裂断口一般由微裂源、扩展区和瞬断区三部分组成。 3.疲劳强度 金属材料所受循环应力与循环次数之间的关系，可用-N 曲线表示。当金属材料所受循环应力 低于某一数值时，曲线与横坐标几乎平行，表示金属材料可经受无限多次循环应力作用而不断裂，这一应力值称为金属材料的疲劳强度。由于零件不可相能承受无限次循环应力的作用，因此在工程实践中一般是求疲劳极限，即对应于指定的循环基数 下的中值疲劳强度。 4.研究表明，疲劳断裂一般是由金属材料内部的气孔、疏松、夹杂、表面划痕、缺口应力集中等引起的。因此，改善金属材料的内部组织，减小应力集中，减小零件表面粗糙度值等，可提高零件的疲劳强度。例如，对零件表面进行表面强化(如喷丸、滚压、内孔挤压、表面淬火、表面化学热处理等) 可改变零件表层的残留应力分布状态，从而提高零件的疲劳强度。 [真题练讲] 1. (2016年•河北省统一考试) 疲劳断裂过程中，哪种因素对疲劳寿命影响最大？ A. 应力幅值 B. 载荷频率 C. 材料硬度 D. 温度 解析：A。应力幅值对疲劳寿命的影响最大。 2. (2014年•山西省统一考试) 金属材料在进行疲劳试验时通常会采用哪种载荷形式？ A. 静态载荷 B. 冲击载荷 C. 恒定载荷 D. 交变循环载荷 解析：D。金属材料在疲劳试验时通常采用交变循环载荷。 3.(2019年•陕西省统一考试)在金属疲劳断裂的鱼鳞状纹路中，鳞片的方向表明？ A. 疲劳寿命 B. 断裂模式 C. 裂纹扩展方向 D. 温度影响程度 解析：C。鱼鳞状纹路中鳞片的方向反映裂纹扩展方向。 4.(2015年•广东省统一考试) 下列哪个因素不是影响金属疲劳寿命的主要因素？ A. 加工工艺 B. 温度 C. 载荷幅值 D. 材料颜色 解析：D。材料颜色不是影响金属疲劳寿命的主要因素。 5.(2014年•上海市统一考试) 疲劳断裂表现为金属结构变化的现象是由于？ A. 塑性变形引起的 B. 晶粒再结晶作用引起的 C. 韧聚性分变引起的 D. 晶界的断裂引起的 解析：A。疲劳断裂表现为金属结构变化是由于塑性变形引起的。 [限时练讲] 1.金属在疲劳加载下出现鱼鳞状纹路的主要原因是？ A. 晶界断裂 B. 塑性变形 C. 晶粒疲劳风化 D. 晶间腐蚀 解析：A。金属在疲劳加载下出现鱼鳞状纹路的主要原因是晶界断裂。 2. 以下哪种情况可能会降低金属材料的疲劳强度？ A. 增加加载频率 B. 降低表面粗糙度 C. 提高材料硬度 D. 减小应力集中程度 解析：D。减小应力集中程度可降低金属材料的疲劳强度。 3.金属材料在高温环境下发生的疲劳断裂会？ A. 比低温下更容易产生 B. 与温度无直接关系 C. 比低温下更难产生 D. 会在短时间内发生 解析：A。金属材料在高温环境下发生的疲劳断裂会比低温下更容易产生。 4.下列哪种措施可以减缓金属疲劳裂纹扩展速度？ A.