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一、断裂韧度：一般认为零件在许用应力下工作不会发生塑性变形，更不会发生断裂，然而事实并非如此，工程中曾多次出现过在应力低于许用应力情况下，发生突然断裂的事故。试验研究表明，由于金属材料内部不可避免地存在着各种宏观缺陷，这些缺陷在材料中的作用相当于裂纹，当材料受到外力作用时，这些裂纹的尖端附近出现应力集中，如下图1-11所示。由于应力线的特点是不能在试样内部中断，因而被迫绕过裂纹尖端上下相连，使裂纹尖端处的应力线增多，产生应力集中，使局部应力大大超过材料的允许应力值，使得裂纹失稳扩展，直到最终断裂。 图1-11 无裂纹和有裂纹试样的应力线:  断裂韧度就是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标。通常用临界应力强度因子KIc表示 KIc=Yσc√a 式中Y--常数，与试样材料、裂纹形状及加载方式有关；a--裂纹长度；σc--断裂应力。 断裂韧度是材料本身的一种力学性能指标，同其他力学性能一样，主要取决于材料的成分、组织结构及各种缺陷，并与生产工艺过程有关。因此，适当调整成分，通过合理冶炼、加工和热处理以获得最佳的组织，就能大幅度提高材料的断裂韧度，从而也就提高了含裂纹构件的承载能力。 二、疲劳强度：许多机械零件如曲轴、齿轮、轴承、叶片和弹簧等，都是在交变载荷作用下工作的，这种载荷的大小、作用方向随时间作周期性或无规则的变化，在金属材料内部引起的应力也具有反复性和波动性。这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力。在交变载荷下，零件受的应力虽然低于其屈服点，但经过长时间的工作会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为材料的疲劳。金属抵抗这种疲劳破坏的能力称为疲劳强度。疲劳破坏是机械零件失效的一种主要形式，据统计，在机械零件失效中，大约有80%以上是属于疲劳破坏的。而且疲劳破坏事前并无明显征兆，往往表现为突然破坏，所以危害极大。 疲劳强度是在疲劳试验机上测定的。实验证明，金属材料所受交变应力σ与其断裂前所能经受的应力循环次数N之间有如下图1-12所示的曲线关系，这条曲线称为疲劳曲线。曲线表明，金属承受的交变应力σ 愈低，则断裂前应力循环次数愈大。当应力低于一定值时，疲劳曲线变成与横坐标平行的直线。这一现象表明当应力低于此值时，试样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度，用σb表示。对于对称循环应力（如下图1-13）的疲劳强度用σ-1表示。实际上，材料不可能做无限次交变应力试验。对于黑色金属，一般规定应力循环10(7)周次而不破坏的最大应力为此种材料的疲劳强度，对于有色金属、不锈钢等通常规定应力循环次数为10(8)周次。 下图1-12疲劳曲线示意图:  下图1-13对称循环应力图:  机械零件之所以产生疲劳破坏，是由于材料表面或内部有缺陷（如夹杂、划痕、尖角等）。这些地方的局部应力大于屈服点，从而产生局部塑性变形而开裂。这些微裂随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使承载的截面积大大减小，以致不能承受加载而突然破坏。为了提高零件的疲劳强度，除通过合理选材，细化晶粒、减少材料和零件的缺陷，改善零件的结构设计，避免应力集中，减小零件表面粗糙度等方法外，还可以采取表面强化的方法，如为提高零件的表面质量，对零件表面进行喷丸处理、表面淬火、渗、镀工艺等。 |
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