[发明专利]一种通过拉伸性能确定金属材料疲劳强度的方法

说明书

本发明公开了一种通过拉伸性能确定金属材料疲劳强度的方法，属于金属材料疲劳强度测试技术领域。步骤为：(1)获得同一成分金属材料在不同强度‑塑性水平下的拉伸性能；(2)将抗拉强度、均匀延伸率转化为真抗拉强度和真均匀延伸率；(3)作出真抗拉强度σ_tb与真均匀延伸率ε_tu的分布图；(4)作出失稳强度线和局部强度线；(5)失稳强度线与局部强度线的相交点为最大疲劳强度所对应的点。利用本发明可以快速地在同一成分金属材料的强度‑塑性倒置关系曲线上找出疲劳强度最高的位置，避免大量的高周疲劳实验来比较不同强度金属材料的疲劳强度，减少人力和物力的浪费。

技术领域

本发明涉及金属材料疲劳强度测试技术领域，具体涉及一种通过拉伸性能确定金属材料疲劳强度的方法。

背景技术

对汽车、火车、飞机来说，它们的很多构件都是在交变载荷下工作，如轴、齿轮、弹簧、叶片等。通过调研和统计分析发现，疲劳断裂占金属构件失效案例总数的80％以上[束德林.工程材料力学性能,机械工业出版社,北京,2007.]，极易造成人身事故和经济损失，所以其危害性极大。材料的疲劳是指材料在循环载荷作用下的损伤和破坏。1964年日内瓦的国际标准化组织把疲劳定义为：“金属材料在应力或者应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳”[Suresh S.Fatigue of Materials,Cambridge university press,Cambridge,1991.]。对金属构件而言，其疲劳断裂的过程主要包括了两个阶段：疲劳裂纹萌生以及疲劳裂纹扩展。而根据结构件的无限寿命设计方法，金属材料的疲劳强度(极限)将是工程构件选材的一个重要指标。因此，提高金属材料的疲劳强度一直是疲劳领域的一个重要研究课题。众所周知，通过疲劳实验来获得金属材料的疲劳强度要耗费大量的时间和金钱。而前人花费了大量的精力去试图建立疲劳强度与基本力学性能之间的关系[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]，这是因为材料的基本力学性能比较容易获得。

19世纪60年代左右，被誉为“疲劳之父”的开始系统地研究火车车轴的疲劳行为。到19世纪70年代，总结疲劳结果时发现铁基合金的疲劳强度(σ_w)与抗拉强度(σ_b)之间存在简单的线性关系[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，对抗拉强度较高的金属材料来说，其疲劳强度也较高。