疲劳宏观断口的特征
疲劳断口的主要特点
疲劳断口的主要特点[ 标签：断口,主要特点]☆ǘ祁月ú☆回答:1人气:1提问时间:2010-01-20 14:51答案为便于分析研究，常按破坏循环次数的高低将疲劳分为两类：①高循环疲劳（高周疲劳）。
作用于零件、构件的应力水平较低，破坏循环次数一般高于104～105的疲劳，弹簧、传动轴等的疲劳属此类。
②低循环疲劳（低周疲劳）。
作用于零件、构件的应力水平较高，破坏循环次数一般低于104～105的疲劳，如压力容器、燃气轮机零件等的疲劳。
实践表明，疲劳寿命分散性较大，因此必须进行统计分析，考虑存活率（即可靠度）的问题。
具有存活率p（如95％、99％、99.9％）的疲劳寿命Np的含义是：母体（总体）中有p的个体的疲劳寿命大于Np。
而破坏概率等于（1－p ）。
常规疲劳试验得到的S-N曲线是p＝50％的曲线。
对应于各存活率的p的S-N曲线称为p-S-N曲线。
疲劳(2)fatigue材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。
研究简史有记载的最早进行疲劳试验是德国的W.A.艾伯特。
法国的J.-V.彭赛列首先论述了疲劳问题并提出“疲劳”这一术语。
但疲劳研究的奠基人则是德国的A.沃勒，他在19世纪50～60 年代最早得到表征疲劳性能的S-N曲线并提出疲劳极限的概念。
20世纪50年代P.J.E.福赛思首先观察到疲劳过程中在滑移带内有金属薄片挤出的现象。
随后N.汤普孙等人发现这种滑移带不易用电解抛光去掉，称为“驻留滑移带”。
后来证明，驻留滑移带常常成为裂纹源。
1924年德国的J.V.帕姆格伦在估算滚动轴承寿命时，假设轴承的累积损伤与其转动次数成线性关系。
1945年美国M.A.迈因纳明确提出了疲劳破坏的线性损伤累积理论，也称为帕姆格伦- 迈因纳定律，简称迈因纳定律。
此后，断裂力学的进展丰富了传统疲劳理论的内容，促进了疲劳理论的发展。
金相检验员考试：金相检验员考试试题预测四
金相检验员考试：金相检验员考试试题预测四1、多选按渗碳体的形态，珠光体分为（）。
A.片状珠光体B.球状珠光体C.索氏体D.托氏体正确答案：A, B2、单选疲劳断口的典型宏观特征为（）。
A.贝壳状花（江南博哥）样B.结晶状花样C.人字形花样正确答案：A3、问答题磨削裂纹在金相上的主要特征是什么？正确答案：磨削裂纹的主要特征是：裂纹分布在工件磨削加工的表面，裂纹方向一般与磨削方向垂直，且成排分布，有时呈网状龟裂或放射状分布。
磨削裂纹是应力裂纹，所以它的起始部分挺直有力，收尾曲折而迅速，且裂纹较浅。
侵蚀后在裂纹周围出现色泽较深的回火色。
裂纹两侧无脱碳现象。
4、多选液态金属均匀形核的要素是（）。
A.液体必须过冷B.液态金属中有结构起伏C.液态金属有能量起伏D.液态金属中有第二相粒子作为核心正确答案：A, B, C5、单选铸铝变质处理的作用是（）。
A.细化硅相B.粗化硅相C.产生新相正确答案：A6、多选金属结晶的条件包括（）。
A.能量条件B.晶和形成C.相起伏D.晶核长大正确答案：A, C7、判断题粒状珠光体中渗碳体的颗粒愈小，则相界面愈少，它的强度和硬度将愈高。
（）正确答案：对8、判断题最常出现的金相组织缺陷是树枝状偏析和魏氏组织两种。
（）正确答案：对9、填空题渗碳层中出现针状渗碳体的原因是（），这是渗碳（）组织的特征。
正确答案：实际渗碳温度过高，过热10、判断题金相试样细磨使用砂纸更换原则应是粒度逐渐由粗到细。
（）正确答案：对11、问答题磨抛渗层组织试样的特别要求是什么？为什么？正确答案：渗层试样磨抛时的特别要求，试样磨面平整，边缘不能倒角。
如试样边缘倒角，在显微镜下观察时，边缘组织必然会模糊不清，从而影响对表层组织的鉴别和渗层深度的正确测定，同时也得不到清晰的金相照片。
12、填空题锻造过热是由于加热温度过高而引起的（）现象，碳钢以出现（）为特征，工模具钢以（）为特征。
正确答案：晶粒粗大，魏氏组织，一次碳化物角状化13、判断题锡基轴承合金的组织是由黑色的锡基α固溶体和白色的Sn、SB.方块及白色星形或针状的Cu、SB，或Cu、Sn相所组成。
疲劳断口的典型宏观特征
疲劳断口的典型宏观特征《疲劳断口的典型宏观特征》我记得有一次，我帮朋友检查他那辆旧自行车的链条。
那链条看着没什么大问题，但是在某个接口处却突然断掉了。
后来才知道，这可能是长期使用，类似疲劳断口的情况。
这小小的事情让我意识到，了解疲劳断口的特征是多么重要，不管是对于小小的自行车零件，还是大型的机械设备，它能帮助我们提前发现问题，避免一些不必要的危险或者损失呢。
特征分析特征一：贝壳纹（海滩纹）- 名称和来源：这纹路看起来就像贝壳或者海滩上的纹路一样，一圈一圈的。
它的形成呀，就像是物体累了一样，在每次承受力量的循环过程中，微小的损伤不断累积，就像树的年轮一样，慢慢地就形成了这样有规律的纹路。
- 作用和表现：就像我们看树的年轮能知道树的年龄一样，看到贝壳纹，我们大概就能知道这个断口经历了多少次力量的循环加载。
我有一次看到一个金属杆的断口有这种纹路，就感觉像是看到了它的“生命历程”。
它的纹路越密集，可能就表示这个东西承受力量的频率越高呢。
- 优缺点：优点就是它像一个小记录员，能给我们提供很多信息。
可是它的缺点就是，对于外行人来说，可能不太容易一眼就看出来这是贝壳纹，得有点经验或者学习才可以。
- 对事物性质或使用体验的影响：如果在一个机器的零件上发现了贝壳纹，那这个零件可能就已经承受了很多次的压力了，它的强度可能已经大打折扣了。
就像我们穿的鞋子，鞋底要是出现了类似的磨损纹路，那这双鞋可能就离坏掉不远了。
- 安全性和潜在问题：如果忽视了贝壳纹，可能会导致一些严重的后果。
比如在飞机的零部件上，如果有这种特征而没被发现，在飞行过程中可能会发生断裂，那可就是大灾难了。
特征二：疲劳源区- 名称和来源：这个区域就像是疲劳断口的“源头”。
它通常是因为零件在制造的时候可能存在一些小缺陷，或者是在使用过程中受到了一些局部的应力集中。
比如说一个金属块上有个小坑洼，每次受力的时候，这个小坑洼的地方受到的力就会比其他地方大很多，时间长了，这里就成了疲劳源区。
45钢轴疲劳断面
45钢轴疲劳断面
45钢轴疲劳断面的宏观特征是，断裂位置通常位于退刀槽处，未发现有机加工裂纹。
断面呈现多个区域，包括颜色明暗层次不同的区域、断口边沿的放射棱线、光亮平滑的区域（可能是多个疲劳源区）、瞬断区（中间偏右发白且粗糙的位置）以及源区和瞬断区之间的裂纹扩展区，其中可以看到疲劳台阶，这是典型的多源疲劳断口。
此外，45钢轴的硬度测试表明，其硬度不均匀。
断裂的电动机轴的最小硬度值为，最大硬度值为。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅金属材料学相关书籍或咨询金属材料学专家。
《材料性能学》课件——第五章 材料的疲劳性能
前言
材料的疲劳问题研究从近150多年开始一直受到人们的关注，原因 之一就是工程中的零件或构件的破坏80%以上是由于疲劳引起。
图5-5 疲劳微裂纹的3种形式
晶界或亚晶 界处开裂
1、疲劳裂纹的萌生 在循环载荷的作用下，会在试件表面形成循环滑
移带。循环滑移带在表面加宽过程中，还会出现挤出 脊和侵入沟，随着挤出脊高度与侵入沟深度的不断增 加。侵入沟就像很尖锐的微观缺口，应力集中严重， 疲劳微裂纹也就易在此处萌生。
图5-6 金属表面“挤出”与“侵入”并形
三、疲劳断口的宏观特征
机件疲劳破坏的疲劳源可以是一个，也可以是 多个，它与机件的应力状态及过载程度有关。如单 向弯曲疲劳仅产生一个源区，双向反复弯曲可出现 两个疲劳源。过载程度愈高，名义应力越大，出现 疲劳源的数目就越多。若断口中同时存在几个疲劳 源，可根据每个疲劳区大小、源区的光亮程度确定 各疲劳源产生的先后，源区越光亮，相连的疲劳区 越大，就越先产生；反之，产生的就晚。
3、复合材料的疲劳破坏机理
疲劳破坏特点： (1)有多种疲劳损伤形式：如界面脱粘，分层、 纤维断裂、空隙增长等。实际上，每种损伤模 型都是由多种微观裂纹(或微观破坏)构成的。 损伤沿着最佳方位起始和扩展，可以一种或多 种形式出现。
3、复合材料的疲劳破坏机理
⑵复合材料不会发生瞬时的疲劳破坏，常常难以确 认破坏与否，故不能沿用金属材料的判断准则。常 以疲劳过程中材料弹性模量下降的百分数(如下降l ％~2％)、共振频率变化(如1~2Hz)作为破坏依据。
4.疲劳与疲劳断裂解析
3 疲惫断口形貌及其特征
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25
5 影响疲惫缘由及措施
4、装配与联接效应 装配与联接效应对构件的疲惫寿命有很大的影响。
正确的拧紧力矩可使其疲惫寿命提高5倍以上。简洁消失的问题是，认 为越大的拧紧力对提高联接的牢靠性越有利，使用实践和疲惫试验说明，这 种看法具有很大的片面性。
5．使用环境 环境因素〔低温、高温及腐蚀介质等〕的变化，使材料的疲惫强度显 著降低，往往引起零件过早的发生断裂失效。例如镍铬钢〔0.28％C，11.5 ％ Ni，0.73％Cr〕，淬火并回火状态下在海水中的条件下疲惫强度大约只是 在大气中的疲惫极限的20％。
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14
1、疲惫裂纹源区 疲惫裂纹源区是疲惫裂纹萌生的策源地，是疲惫破坏的起点， 多处于机件的外表，源区的断口形貌多数状况下比较平坦、光 亮，且呈半圆形或半椭圆形。
由于裂纹在源区内的扩展速率缓慢，裂纹外表受反复挤压、摩 擦次数多，所以其断口较其他两个区更为平坦，比较光亮。在 整个断口上与其他两个区相比，疲惫裂纹源区所占的面积最小 。
相垂直。
大多数的工程金属构件的疲惫失效都是以此种形式进 展的。特殊是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占 比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处简洁得到满足 ，但当外表加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、 微裂纹等应力集中现象时，正断疲惫裂纹也易在外表产生。
高强度、低塑性的材料、大截面零件、小应力振幅、 低的加载频率及腐蚀、低温条件2均有利于正断疲惫裂纹的萌 6
疲劳断口形貌及其特征
(1) 疲劳断裂的微观形貌特征 疲劳断口微观形貌的基本特征是，在电子显微镜下观察到的条状花样，通常称为疲劳条痕、疲劳条带、 疲劳辉纹等。疲劳辉纹是具有一定间距的、垂直于裂纹扩展方向、明暗相交且互相平行的条状花样 。 延性疲劳辉纹：是指金属材料疲劳裂纹扩展时，裂纹尖端金属发生较大的塑性变形。疲劳条痕通常是 连续的，并向一个方向弯曲成波浪形。通常在疲劳辉纹间存在有滑移带，在电子显微镜下可以观察到 微孔花样。高周疲劳断裂时，其疲劳辉纹通常是延性的。 脆性疲劳辉纹：是指疲劳裂纹沿解理平面扩展，尖端没有或很少有塑性变形，故又称解理辉纹。在电 子显微镜下既可观察到与裂纹扩展方向垂直的疲劳辉纹，又可观察到与裂纹扩展方向一致的河流花样 及解理台阶。脆性金属材料及在腐蚀介质环境下工作的高强度塑性材料发生的疲劳断裂，或缓慢加载 的疲劳断裂中，其疲劳辉纹通常是脆性的。
低周疲劳断裂性质的判别 低周疲劳断口的微观基本特征是，粗大的疲劳辉纹或粗大的疲劳辉纹与微孔花样。同样，低周疲劳断 口的微观特征随材料性质、组织结构及环境条件的不同而有很大差别。 对于超高强度钢，在加载频率较低和振幅较大的条件下，低周疲劳断口上可能不出现疲劳辉纹，而代 之以沿晶断裂和微孔花样为特征。 热稳定不锈钢的低周疲劳断口上除具有典型的疲劳辉纹外，常出现大量的粗大滑移带及密布着细小二 次裂纹。 高温条件下的低周疲劳断裂，由于塑性变形容易，一般其疲劳辉纹更深、辉纹轮廓更为清晰，并且在 辉纹间隔处往往出现二次裂纹。
金属热疲劳断裂性质的判别 金属热疲劳断裂的微观特征是多为粗大的疲劳辉纹，或粗大的疲劳辉纹加微孔花样，并且其上多有一 层氧化物。
接触疲劳断裂性质的判别 接触疲劳断口和磨损疲劳断口特征基本相同，其疲劳辉纹均因摩擦而呈现断续状和不清晰特征。
疲劳断口的宏观形貌特征
疲劳断口的宏观形貌特征
• 最后断裂区 即瞬时断裂区。瞬时断裂区是裂纹扩展到剩余面积不足以承担最大疲劳载荷， 最后发生静强度（即过载）断裂失效形成的，瞬断区形貌与塑性或脆性断口形貌基本 一致，比较粗糙，也称粗粒区。
最后断裂区
脆性断口
塑性断口
疲劳断口的宏观形貌特征
疲劳断口宏观上没有明显的塑性变形： 将疲劳破坏的断口对合在一起，一般都能吻合的很好。这表明破坏之前并未发生大 的塑性变形，即使是塑性很好的材料也是如此。
疲劳断口的宏观形貌特征
2014年12月30日
目录
疲劳断口的观察方法 疲劳断口的宏观形貌特征 根据宏观形貌特征判断受载情况
疲劳断口的观察方法
• 断裂机理的分类 韧窝断裂
（1）解理断裂
（2）准解理断裂 （3）韧窝断裂 （4）沿晶断裂
（5）疲劳断裂
（6）蠕变断裂 （7）…….
沿晶断裂
疲劳断口的观察方法
疲劳断口
塑性断口
根据宏观形貌特征判断受载情况
扩展区
从右到左依次为裂纹源，扩展区 和瞬断区，判断为单向弯曲载荷
断口形貌有对称的特征，判 断为双向弯曲载荷
根据宏观形貌特征判断受载情况
最后断裂区
最后断裂区的面积小，说明应力水平比较低
根据宏观形貌特征判断受载情况
棘轮状标志
根据裂纹源的位置和海滩条带，判断为偏心旋转弯曲载荷 断口边缘存在棘轮状标志，说明边缘处存在应力集中
疲劳断口的宏观形貌特征
• 裂纹扩展区 o 扩展区断面光滑、平整——循环加载时，反复变形，裂开的两个面不断张开 、闭合，相互摩擦。 o 断面通常可见形似 “海滩”的海滩条带——载荷剧烈变动引起的。变幅加载 ，运行启动时，突然过载；在裂纹前沿出现较大的应力而留下塑性变形的痕 迹。 海滩条带是疲劳断口的宏观基本 特征，是判断结构断裂失效是否 为疲劳断裂的重要依据。 海滩条带
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在日常质量整改过程中，往往会看到一些损坏零件的断口，一些技术人员缺乏“读懂”它的经验，不能从它的断口处判断其断裂原因。
本文仅就疲劳断面如何判断
作一介绍，希望能对您有所帮助！
金属疲节断口的夫现形状特征...................... 疲劳師白恒函了產福昶輛薪看籬:毛轩很多斷裂
営恳■具宵明星区别了其他任何性质斯蟄的断口耳溺特饪.
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当表面承受足蒼高赠余压应力或材科内部存古严重的冶金册色时，裂纹源则向次表面或机件内郃移就有时在疲育断口上世会出现多个裂纹瘪每卜瓯区所占面袄往住比单怡源区小.源区斷口持伍不 -定都具有孵个源区那祥典型的fm.裂纹源的數目取决于删的性债、机件的应力犹态以廉交变敷局吠呪等■:辭,礙力集中系数越大，台义应力挖禹巴址滾旁湍旳数匕就擾织婀iu玻专師」二常自〔T悝二K同忙胃讯疙针承址涉己、当壽替丧血疗在某裘勰时I则零杵无寂劳裂纹萌生期，疲劳裂级在交变載荷作用下直按由该袞裂纹艰邹冋纵猱扛展，这盯断口上不再岀现疲劳餌只有製纹扌二展区和孵时断段尻・
2.技劳农纹扩廣区
疲育裂纹扩展区是疲右裂纹形应后裂纹沁扩展形戍旳区域.该区是判断疲劳断裂旳最車昨征区域.其基本廿辻是呈现贝壳伏样丈注游伯三I是以技劳源区为中心.与裂纹扩展方问棉口兰旳呈半圆知云显十泊5占我•乂怖烧劳弘并斤节％幼乍秤汙广尺寸样中.其片端妁应冇大小和犬态发生变化巧苻断殽向上悄下的单件克形的扃啟
贝纹花嘩是由我荷吏动弓|起的，囚天机器运转时不可戲免丸常有启动.停配隅然过载罕均可田下塑性变形的痕迹•贝纹线（疲劳亚线）•见纹驾的喟浙衷药仅与林料的性质有关.而且与介质情况. 温展条牛尊有关.材绍的塑•性好.医度玉百腐烛介贯存左时，则弘线滙版所以•这种弧线符征总是出现衽实际机件的预劳斷口中.市在实验堂的试年疲芜断=1 口很建看到明显的贝纹纷此对疲劳斷口表面由于多次反冥压缩帀孳按使该区变得光湫呈钿晶肚有盯苕至比洁得像溺状结澀h —飛贝纹线常见于低应力高周战劳断门中，丽低周疲劳幻I许多高强麦钢.衣存扶牛观察不列北科皿纹状的推进线。
贝纹线与裂纹扩展力口垂宜，它可以•是绕若裂纹源冋外凸起的菰线，表示裂纹甘表面扩哄较慢，即权料刘域口不锁感，例如低碾钢I框反，若围绕裂纹源成凹冋孤线，说明裂纹沿表題扩展较内邹快些，表示材料对缺口敏感，如髙疾钢。
贝纹线冋戸％有不同。
近玻劳減区贝级线狡则密.表明衆级七、展校I埶远肉疲劳诉区则贝沢线校稀疏，•表明聚纹扩展校快.疲劳叢纹扩展区在昕口所占聒的方积为最大，丽贝铁区儉百秩大小取决干林料性辰及构件的应力伏态及应力怪等。
随着应力幅的降低或功刑韧性校奸巧，则贝纹区较大，贝蚁线细m 明显，反之附着应刁幅的提畠或材料韧性较差•则贝纹区姣汎口纹线崔而不明並。
里轴芙机件荟压病芍吋.若表肛无应力集中〔无飲口）.哄1裂纹园截向上应士均弄佃殆截角铮谆扩民贝纹线早一簇平行的同和线。
老机件表旬存在应力集卫（怀形快口）.则丙戟甸表层的应力比申间的鬲.舷沿表层的扩展快于中间函高应力时.擀断区面积相对较大.疲劳聽扩展区面祝小.裂纹沿两it及中冋扩展羞别不丸贝纹纹的形状为半朗11形半慚园张个波抿祗最后凹叵半椭圜狐吏化。
当机件弯曲疲劳时，其衷面应力最丸中心最水.其贝纹线吏化与皎口机件的拉压疲劳胡饥如衷面戈存左缺口造成应力笑中.则其变化程度会更大。
若机年为殂转瘦劳苛，其最大正应力和铀向呈心。
角分布，杲大切应力垂直或半行轴冋分和故疲育断=1有二类.一类为IF浙型，另一^为切断型，按件材科常是正断至殂转瘦劳，常见旳有锯世状浙口及星形断1呈纤维:氏如花確軸的断九切应力弓|起的+71 KFWWn,断面垂直或平行于管纯，此刃不台出现贝纹线，有讨扛转感也合岀现屁合断畫
综上所述.应力集口醫响贝巒的形状.应力集中增K.相应的氏纹鳏麻平■址屯义应力影响最终擀嘶前大步・名义应力增犬.最终破斷区的向枳増扣；应丈I状态主要諮聊京鮒竝置和數臺.J^ra 弯曲.最小有两个疲臂源以及相应的扩展区.梅转弯囲则最终破断区问砺转的反方冋倔转一库弟雁.
上破h对疲劳断口有时■还■有另一K本特征即疲劳會阶.这是由于I戦扩展过程中.裂纹前沿的阻力不同，而赏生扩展方面二的偏离，此后栄纹开曲在各口的平面-继凑扩展.不同的断裂面珂交而mn Fh —坟换苛白擀出现在疲劳溥区，二冼疲劳會爼谢现在痕艺裂纹旳扩展区：它指明了裂纹蝴犷展才歟并m贝纹线吗垂直.呈族射状讯给
3、瞬讯断裂区
由丄疚劳裂纹不断扩展.使琴许或试样的有效斷面逐漸減仏远此*应力不斯增加对塑性材料，当疲劳裂纹扩展至库截瓯的应力达到:f孑斛的断裂应力对，使发三黔叶断裂，当材料塑性很大吋，断口呈牢崔臨暗惡包对隔性材札刍裂纹扩展壬对蚪的J鐸裂级尺寸叫时，便发主蹄町断驰断口虽品九因此塀时浙製是一种静敦肝餵它月第橄浙製的断口潮已炬與纹最右矢尬快速F展廿刑屉的断口区域’
与耳他關吓区相比.瞬苗区旳明並特征墾具有不平坦的粗精表面.而3戦源区抵笹纹芋届邑则为光金陷百对绘孙■:仅为峥刊秋■:“
嚣断天的断口形親及其所占面积取按于材料件血、几何形状、唐力隼中程戯、期栽方式琥大小哗环境等因爭，若庖力较高或材料韧性竝’则瞬断区面积较大$反之则瞬断区趣小*
以上分别介绍了各科聚粋*出现的疲竟断口三个区域的一股凰观特莅，它们是判斷零件逋劳先效的重惑F据之一亠但总劭响S劳矿“：規吃丞百刃站多囚耳蘑如柑料种奘强度级5顶环1幼质專sms可能憤断口三令区城的蹲更其界鞭模糊不清，所夙实际零件覘宏观斷口形貌有时并不那么典型.分明.上破卜，在某些情况下「由于斷口前宏視貌在現场中遭婀或考由于断口匹配面在断裂过程屮骨爭严旨薯迁半旦団丄壬干壬注-昔日干正肘云旳戸諒手二|折目牛衣叫圧..在尹—吉尸戶号FV 断口的宏观彩貌可以判斷菇失效性辰但閒需进一于堂明列起疲劳先效的墟因，这时就帝更借助亍荀观断口穴祈.
要点：
疲劳宏观断口的特征（见下图）
断口拥有三个形貌不同的区域：疲劳源、疲劳区、瞬断区。
随材质、应力状态的不同，三个区的大小和位置不同。
（表5-1）
1、疲劳源
裂纹的萌生地；裂纹处在亚稳扩展过程中。
由于应力交变，断面摩擦而光亮。
加工硬化。
随应力状态及应力大小的不同，可有一个或几个疲劳源。
2、疲劳区（贝纹区）
断面比较光滑，并分布有贝纹线。
循环应力低，材料韧性好，疲劳区大，贝纹线细、明显。
有时在疲劳区的后部，还可看到沿扩展方向的疲劳台阶（高应力作用）
3、瞬断区
—般在疲劳源的对侧。
脆性材料为结晶状断口；
韧性材料有放射状纹理，边缘为剪切唇。
疲劳源
疲劳区（贝纹区）Ln-D -h-fl-il-g bDQEir.
疲劳断口示意图
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