疲劳断口的宏观形貌特征共17页文档
疲劳断口的宏观形貌特征
断口的微观结构特征
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疲劳断口的观察方法
• 观察工具和能观察到的对象： 肉眼、放大镜
观察工具
金相显微镜
电子显微镜
放大倍数 观察对象
1~10x 宏观断口、海滩条带
10~1000x
1000x以上
裂纹源、滑移、夹杂、 条纹、微解理、微
缺陷
孔聚合
例图
精选
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疲劳断口的宏观形貌特征
• 断口的宏观形貌 材料疲劳断裂虽然类似脆性断裂，但疲劳断口明显区别于其他类型断口：
疲劳源位于构件的表面
疲劳源位于内部缺陷处 疲劳源位于构件的表面
在断口上无法明显的看到裂纹萌生的许多细节，但是疲劳断口的整体形貌特征 仍可确定疲劳源的大体位置。
精选
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疲劳断口的宏观形貌特征
• 疲劳源 疲劳源区是疲劳裂纹的萌生地，该区一般位于构件的表面或内部缺陷处，可能
一个，也可能多个。
疲劳源位于构件的表面
精选
沿晶断裂
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疲劳断口的观察方法
• 为什么要进行疲劳断口分析？ 断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关
断裂全过程的许多珍贵资料。借助断口可以分析断裂类型 、断裂方式、断裂路径、断裂过程、断裂性质、断裂原因 和断裂机理，所以对断口的观察和研究一直受到重视。
疲劳断口提供了大量信息，由断口可分析裂纹起因、扩
• 断口的微观结构（通常指40x以上）
断口的宏观形貌特征
得到局部细节处的信息，了解破坏形成的微观机理，本质
上把握疲劳现象；甚至可以进行定量计算。
• 观察方法： 按照观察工具的不同，可以大致分为三类： o 肉眼或者放大镜观察——1~10x o 使用金相显微镜观察——10~1000x o 使用电子显微镜观察——1000x以上
疲劳断口的宏观形貌特征
断口的微观结构特征
疲劳断口的观察方法
• 断口的宏观形貌（通常指40x以下） 观察总体形貌特征，定性分析。 o 是否疲劳破坏?（能否看到三个特征区） o 何处为裂纹源?（可以直接从断口处观察到） o 裂纹临界尺寸?（扩展区大小） o 破坏载荷? （结合断裂力学知识计算） • 断口的微观结构（通常指40x以上） 断口的宏观形貌特征 得到局部细节处的信息，了解破坏形成的微观机理，本质 上把握疲劳现象；甚至可以进行定量计算。
谢谢！
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
根据裂纹源的位力集中
疲劳断口的宏观形貌特征
• 疲劳源 疲劳源区是疲劳裂纹的萌生地，该区一般位于构件的表面或内部缺陷处，可能 一个，也可能多个。
疲劳源位于构件的表面
疲劳源位于内部缺陷处
疲劳源位于构件的表面
在断口上无法明显的看到裂纹萌生的许多细节，但是疲劳断口的整体形貌特征 仍可确定疲劳源的大体位置。
疲劳断口的宏观形貌特征
1~10x 宏观断口、海滩条带
10~1000x 裂纹源、滑移、夹杂、 缺陷
1000x以上 条纹、微解理、微 孔聚合
例图
疲劳断口的宏观形貌特征
• 断口的宏观形貌 材料疲劳断裂虽然类似脆性断裂，但疲劳断口明显区别于其他类型断口：
疲劳断口
脆性断口 断口的宏观形貌特征
塑性断口
疲劳断口的宏观形貌特征
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。
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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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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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。
疲劳断裂的断口特征
疲劳断裂的断口特征疲劳断裂是指材料在反复加载下发生的断裂现象，通常发生在金属材料中。
与静态加载下的断裂不同，疲劳断裂的断口特征具有一些独特的特点。
本文将详细介绍疲劳断裂的断口特征。
1.断口形态：疲劳断裂的断口通常呈现出平面状的特点。
与静态断裂相比，疲劳断裂的断口形态更为平整，几乎没有韧突。
这是因为在疲劳断裂发生时，材料受到反复加载，导致断裂表面的塑性变形局部消失，使断口面显得平滑。
2.断口特征：疲劳断裂的断口通常呈现出沿着材料加载方向的特征。
即在金属材料的拉伸方向上会出现沿着材料加载方向延展的沟槽状断裂面。
这是因为在疲劳断裂过程中，裂纹的扩展方向通常与应力主轴方向（加载方向）垂直。
断口上也常见到横向的细小裂纹。
3.层状纹理：疲劳断裂的断口表面常常呈现出层状纹理。
这是由于疲劳断裂过程中，材料内部的裂纹扩展速度会与外部加载频率一致，导致断口形成沿裂纹扩展方向的“疲劳纹”或称为“疲劳条纹”。
这些纹理一般与材料的晶粒方向垂直，并且逐渐扩展进入材料内部。
4.波纹状断口：疲劳断裂的断口表面通常呈现出波纹状的特征。
这是由于裂纹在扩展过程中会遇到不同的晶粒，在晶粒界面处会发生细小的局部塑性形变，导致断口表面呈现出波浪状。
5. 轭型断口：在一些情况下，疲劳断裂的断口会呈现出轭型（chevron）的特征。
轭型断口是指裂纹扩展迅速并呈现出V字形的形状，类似于牛轭。
这种断口形态通常出现在晶粒细小且均匀的材料中，例如高强度钢。
6.焊缝位置：在焊接结构中，疲劳断裂通常在焊缝附近发生。
这是由于焊接过程中引入了应力集中、晶界腐蚀等因素，导致焊缝附近的材料更容易发生疲劳断裂。
总之，疲劳断裂的断口特征包括平面状的断口形态、沿加载方向的断口特征、层状纹理、波纹状断口、轭型断口等。
这些断口特征能够帮助工程师分析疲劳断裂的原因，并采取相应的措施预防疲劳断裂的发生。
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
疲劳宏观断口的特征
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.苟过些特征又哥林料■性质.应力畑巫力太八政讣境肉幸鬧員观向•因归对披羽浙匚守折杲说霁站过程、分祈疫劳失效愿因旳重要方法©「-卜典型的波茹阡口往往由匿苏裂滾海区、瘦苛裂纹扩展EK和蜿时斷裂区三宀都分组戍，貝有次型的“員査“状或嚼滩壮诈纹的特征，这和将征给朗九鼓的鉴钊工乍討玉了根大的利砒°h疲苦裂纯源区菽劳裂纹源区是疲苛裂纹萌生您策卿L裁苇破坏的起區多处于桶T旳義峦源区的断口刑醐倉載情况F比较平坦、出死，且呈半圆形取半桅园形，同芮裂纹庄源區内的扩展直举煖慢，裂级表面受反貝侪压•挛帯次数多，所以莽断口较算他两个区灵为平坦.册光亮*右整/断口上与其他两个区相汁，痰劳裂纹诵区所白的面积最/扎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。