失效分析課件-6

1、12第六章第六章 疲疲 勞勞 斷斷 裂裂 失失 效效 分分 析析6.1 疲勞斷裂失效的基本形式和特征疲勞斷裂失效的基本形式和特征6.2 疲勞斷口的形貌及其特征疲勞斷口的形貌及其特征6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別6.4 疲勞斷裂失效原因與預防疲勞斷裂失效原因與預防3 6.1.1 6.1.1 疲勞斷裂失效的基本形式疲勞斷裂失效的基本形式 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征 按疲勞斷裂的總周次的大小按疲勞斷裂的總周次的大?。∟f）可分為高周疲勞）可分為高周疲勞（Nf105）和低周疲勞和低周疲勞（Nf104）； 按交變載荷的形式不同按交變載荷的形式不同，可分

2、為拉壓疲勞、彎曲疲勞、，可分為拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、接觸疲勞、振動疲勞等；扭轉(zhuǎn)疲勞、接觸疲勞、振動疲勞等； 按零件服役的溫度及介質(zhì)條件按零件服役的溫度及介質(zhì)條件可分為機械疲勞（常溫、可分為機械疲勞（常溫、空氣中的疲勞）、高溫疲勞、低溫疲勞、冷熱疲勞及腐蝕?？諝庵械钠冢?、高溫疲勞、低溫疲勞、冷熱疲勞及腐蝕疲勞等。勞等。 但：其基本形式只有兩種，即但：其基本形式只有兩種，即由切應力引起的切斷疲勞由切應力引起的切斷疲勞及及由正應力引起的正斷疲勞由正應力引起的正斷疲勞。其它形式的疲勞斷裂，都是由。其它形式的疲勞斷裂，都是由這兩種基本形式在不同條件下的復合。這兩種基本形式在不同條件下的復合。4

3、6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征51 1、切斷疲勞失效、切斷疲勞失效 切斷疲勞初始裂紋是由切應力引起的。切應力引切斷疲勞初始裂紋是由切應力引起的。切應力引起疲勞初裂紋萌生的起疲勞初裂紋萌生的力學條件力學條件是：切應力缺口切斷是：切應力缺口切斷強度強度1；正應力缺口正斷強度；正應力缺口正斷強度1。6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征 切斷疲勞的切斷疲勞的特點特點是：疲勞裂紋起源處的應力應變是：疲勞裂紋起源處的應力應變場為平面應力狀態(tài)；初裂紋的所在平面與應力軸約成場為平面應力狀態(tài)；初裂紋的所在平面與應力軸約成45角，并沿其滑移面擴展。角，并沿其滑

4、移面擴展。6 由于由于面心立方結構的單相金屬材料面心立方結構的單相金屬材料的切斷強度一的切斷強度一般略低于正斷強度，而在單向壓縮、拉伸及扭轉(zhuǎn)條件般略低于正斷強度，而在單向壓縮、拉伸及扭轉(zhuǎn)條件下，最大切應力和最大正應力的比值（即軟性系數(shù)）下，最大切應力和最大正應力的比值（即軟性系數(shù)）分別為分別為2.0、0.5、0.8，所以對于這類材料，其零件的，所以對于這類材料，其零件的表層比較容易滿足上述力學條件，因而表層比較容易滿足上述力學條件，因而多以切斷形式多以切斷形式破壞。例如鋁、鎳、銅及其合金的疲勞初裂紋，絕大破壞。例如鋁、鎳、銅及其合金的疲勞初裂紋，絕大多數(shù)以這種方式形成和擴展。多數(shù)以這種方式形成

5、和擴展。低強度高塑性材料低強度高塑性材料制作制作的中小型及薄壁零件、大應力振幅、高的加載頻率及的中小型及薄壁零件、大應力振幅、高的加載頻率及較高的溫度條件都將有利于這種破壞形式的產(chǎn)生。較高的溫度條件都將有利于這種破壞形式的產(chǎn)生。6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征72 2、正斷疲勞失效、正斷疲勞失效 正斷疲勞的初裂紋，是由正應力引起的。初裂紋正斷疲勞的初裂紋，是由正應力引起的。初裂紋產(chǎn)生的產(chǎn)生的力學條件力學條件是：正應力缺口正斷強度是：正應力缺口正斷強度1，切應，切應力缺口切斷強度力缺口切斷強度1。6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征 正

6、斷疲勞的正斷疲勞的特點特點是：疲勞裂紋起源處的應力應變是：疲勞裂紋起源處的應力應變場為平面應變狀態(tài)；初裂紋所在平面大致上與應力軸場為平面應變狀態(tài)；初裂紋所在平面大致上與應力軸相垂直，裂紋沿非結晶學平面或不嚴格地沿著結晶學相垂直，裂紋沿非結晶學平面或不嚴格地沿著結晶學平面擴展。平面擴展。8 大多數(shù)的工程金屬構件的疲勞失效都是以正斷形大多數(shù)的工程金屬構件的疲勞失效都是以正斷形式進行的。特別是體心立方金屬及其合金以這種形式式進行的。特別是體心立方金屬及其合金以這種形式破壞的所占比例更大；上述力學條件在試件的內(nèi)部裂破壞的所占比例更大；上述力學條件在試件的內(nèi)部裂紋處容易得到滿足，但當表面加工比較粗糙或具

7、有較紋處容易得到滿足，但當表面加工比較粗糙或具有較深的缺口、刀痕、蝕坑、微裂紋等應力集中現(xiàn)象時，深的缺口、刀痕、蝕坑、微裂紋等應力集中現(xiàn)象時，正斷疲勞裂紋也易在表面產(chǎn)生。正斷疲勞裂紋也易在表面產(chǎn)生。 高強度、低塑性的材料、大截面零件、小應力振高強度、低塑性的材料、大截面零件、小應力振幅、低的加載頻率及腐蝕、低溫條件均有利于正斷疲幅、低的加載頻率及腐蝕、低溫條件均有利于正斷疲勞裂紋的萌生與擴展。勞裂紋的萌生與擴展。 6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征9 6.1.2 6.1.2 疲勞斷裂失效的一般特征疲勞斷裂失效的一般特征6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷

8、裂的基本形式和特征 1 1、疲勞斷裂的突發(fā)性、疲勞斷裂的突發(fā)性 疲勞斷裂雖然經(jīng)過疲勞裂紋的萌生、亞臨界擴疲勞斷裂雖然經(jīng)過疲勞裂紋的萌生、亞臨界擴展、失穩(wěn)擴展三個過程，但是由于斷裂前無明顯的展、失穩(wěn)擴展三個過程，但是由于斷裂前無明顯的塑性變形和其它明顯征兆，所以斷裂具有很強的突塑性變形和其它明顯征兆，所以斷裂具有很強的突發(fā)性。即使在靜拉伸條件下具有大量塑性變形的塑發(fā)性。即使在靜拉伸條件下具有大量塑性變形的塑性材料，在交變應力作用下也會顯示出宏觀脆性的性材料，在交變應力作用下也會顯示出宏觀脆性的斷裂特征。因而斷裂是突然進行的。斷裂特征。因而斷裂是突然進行的。10 2 2、疲勞斷裂應力很低、疲勞斷裂

9、應力很低 循環(huán)應力中最大應力幅值一般遠低于材料的強度極限和循環(huán)應力中最大應力幅值一般遠低于材料的強度極限和屈服極限。例如，對于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞來說，經(jīng)屈服極限。例如，對于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞來說，經(jīng)107次應力循環(huán)次應力循環(huán)破斷的應力僅為靜彎曲應力的破斷的應力僅為靜彎曲應力的2040%；對于對稱拉壓疲勞；對于對稱拉壓疲勞來說，疲勞破壞的應力水平還要更低一些。來說，疲勞破壞的應力水平還要更低一些。6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征4 . 0(1b)6 . 0)(285. 01bs或或?qū)τ阡撝茦嫾诠こ淘O計中采用的近似計算公式為：對于鋼制構件，在工程設計中采用的近似計算公式為：

10、11 3 3、疲勞斷裂是一個損傷積累的過程、疲勞斷裂是一個損傷積累的過程 疲勞斷裂不是立即發(fā)生的，而往往經(jīng)過很長的時間才疲勞斷裂不是立即發(fā)生的，而往往經(jīng)過很長的時間才完成的。疲勞初裂紋的萌生與擴展均是多次應力循環(huán)損傷完成的。疲勞初裂紋的萌生與擴展均是多次應力循環(huán)損傷積累的結果。積累的結果。 6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征 在工程上通常把試件上產(chǎn)生一條可見的初裂紋的應力循在工程上通常把試件上產(chǎn)生一條可見的初裂紋的應力循環(huán)周次（環(huán)周次（N0）或?qū)ⅲ┗驅(qū)0與試件的總壽命與試件的總壽命Nf的比值（的比值（N0/ Nf）作）作為表征材料為表征材料疲勞裂紋萌生孕育期疲勞

11、裂紋萌生孕育期的參量。的參量。 疲勞裂紋萌生的孕育期與應力幅的大小、試件的形狀疲勞裂紋萌生的孕育期與應力幅的大小、試件的形狀及應力集中狀況、材料性質(zhì)、溫度與介質(zhì)等因素有關。及應力集中狀況、材料性質(zhì)、溫度與介質(zhì)等因素有關。12部分材料的部分材料的N0/ Nf值值6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征136.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征各因素對各因素對N0/ Nf值影響的趨勢值影響的趨勢 146.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征4 4、疲勞斷裂對材料缺陷的敏感性、疲勞斷裂對材料缺陷的敏感性 金屬的疲勞失效具有對材

12、料的各種缺陷均為敏金屬的疲勞失效具有對材料的各種缺陷均為敏感的特點。因為疲勞斷裂總是起源于微裂紋處。這感的特點。因為疲勞斷裂總是起源于微裂紋處。這些微裂紋有的是材料本身的冶金缺陷，有的是加工些微裂紋有的是材料本身的冶金缺陷，有的是加工制造過程中留下的，有的則是使用過程中產(chǎn)生的。制造過程中留下的，有的則是使用過程中產(chǎn)生的。155 5、疲勞斷裂對腐蝕介質(zhì)的敏感性、疲勞斷裂對腐蝕介質(zhì)的敏感性 金屬材料的疲勞斷裂除取決于材料本身的性能金屬材料的疲勞斷裂除取決于材料本身的性能外，還與零件運行的環(huán)境條件有著密切的關系。對外，還與零件運行的環(huán)境條件有著密切的關系。對材料敏感的環(huán)境條件雖然對材料的靜強度也有一

13、定材料敏感的環(huán)境條件雖然對材料的靜強度也有一定的影響，但其影響程度遠不如對材料疲勞強度的影的影響，但其影響程度遠不如對材料疲勞強度的影響來得顯著。大量實驗數(shù)據(jù)表明，在腐蝕環(huán)境下材響來得顯著。大量實驗數(shù)據(jù)表明，在腐蝕環(huán)境下材料的疲勞極限較在大氣條件下低得多，甚至就沒有料的疲勞極限較在大氣條件下低得多，甚至就沒有所說的疲勞極限。所說的疲勞極限。6.1 6.1 疲勞斷裂的基本形式和特征疲勞斷裂的基本形式和特征16 6.2.1 6.2.1 疲勞斷口的宏觀形貌及其特征疲勞斷口的宏觀形貌及其特征6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征由于疲勞斷裂的過程不同于其他斷裂，因而形成了疲勞斷裂特有

14、的斷口由于疲勞斷裂的過程不同于其他斷裂，因而形成了疲勞斷裂特有的斷口形貌，這是疲勞斷裂分析時的根本依據(jù)。形貌，這是疲勞斷裂分析時的根本依據(jù)。典型的疲勞斷口的宏觀形貌結構可分典型的疲勞斷口的宏觀形貌結構可分為為疲勞核心疲勞核心、疲勞源區(qū)疲勞源區(qū)、疲勞裂紋的選疲勞裂紋的選擇發(fā)展區(qū)擇發(fā)展區(qū)、裂紋的快速擴展區(qū)裂紋的快速擴展區(qū)及及瞬時斷瞬時斷裂區(qū)裂區(qū)等五個區(qū)域。一般疲勞斷口在宏觀等五個區(qū)域。一般疲勞斷口在宏觀上也可粗略地分為上也可粗略地分為疲勞源區(qū)、疲勞裂紋疲勞源區(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)三個區(qū)域，大多數(shù)三個區(qū)域，大多數(shù)工程構件的疲勞斷裂斷口上一般可觀察工程構件的疲勞斷裂斷口上一般

15、可觀察到三個區(qū)域，因此這一劃分更有實際意到三個區(qū)域，因此這一劃分更有實際意義。義。更粗略地可將其分為疲勞區(qū)和瞬時斷裂更粗略地可將其分為疲勞區(qū)和瞬時斷裂區(qū)兩個部分。區(qū)兩個部分。17 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征疲勞源（1）疲勞源區(qū)：疲勞裂紋的）疲勞源區(qū)：疲勞裂紋的萌生區(qū)，該區(qū)由于裂紋擴展緩萌生區(qū)，該區(qū)由于裂紋擴展緩慢以及反復張開閉合效應，引慢以及反復張開閉合效應，引起斷口表面磨損而有起斷口表面磨損而有光亮和細光亮和細晶的表面結構晶的表面結構。實際斷口上通。實際斷口上通常是指常是指放射源的中心點或者貝放射源的中心點或者貝殼線的曲率中心點殼線的曲率中心點。由于疲勞。由于疲

16、勞斷裂對表面缺陷非常敏感，因斷裂對表面缺陷非常敏感，因此，疲勞源區(qū)常在金屬構件的此，疲勞源區(qū)常在金屬構件的表面。但當在構件的心部或亞表面。但當在構件的心部或亞表層存在較大的缺陷時，斷裂表層存在較大的缺陷時，斷裂也可從構件的心部和次表層開也可從構件的心部和次表層開始。始。構件表面，放射源的中心點構件表面，放射源的中心點18 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征疲勞源構件心部，貝殼線的曲率中心點構件心部，貝殼線的曲率中心點19 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征疲勞源 構件次表層構件次表層 多個疲勞源多個疲勞源一般情況下，一個疲勞斷口只有一個疲勞源，但在反

17、復彎曲時可出現(xiàn)一般情況下，一個疲勞斷口只有一個疲勞源，但在反復彎曲時可出現(xiàn)兩個疲勞源；而在腐蝕環(huán)境中或者金屬構件表面存在多處缺陷時，也兩個疲勞源；而在腐蝕環(huán)境中或者金屬構件表面存在多處缺陷時，也可形成多個疲勞源?？尚纬啥鄠€疲勞源。20 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征（2）疲勞裂紋擴展區(qū)：亞臨界擴展區(qū)，疲勞斷口上）疲勞裂紋擴展區(qū)：亞臨界擴展區(qū)，疲勞斷口上最重要的特征區(qū)域最重要的特征區(qū)域。形。形態(tài)多種多樣，可以是光滑的，也可以是磁狀的；可以有貝紋線，也可以不出態(tài)多種多樣，可以是光滑的，也可以是磁狀的；可以有貝紋線，也可以不出現(xiàn)；可以是晶粒狀的，也可以是撕裂脊狀等。具體形態(tài)

18、取決于構件所受的應現(xiàn)；可以是晶粒狀的，也可以是撕裂脊狀等。具體形態(tài)取決于構件所受的應力狀態(tài)及運行情況（包括力狀態(tài)及運行情況（包括KImax、KImin、頻率、頻率f、環(huán)境、溫度等）。、環(huán)境、溫度等）。u當當KImaxKICKImin時，可以出現(xiàn)撕裂脊時，可以出現(xiàn)撕裂脊u當當KImaxKISCC時，可以出現(xiàn)結晶狀斷口時，可以出現(xiàn)結晶狀斷口u當頻率當頻率f高時可出現(xiàn)平斷口，而當高時可出現(xiàn)平斷口，而當f低時可以出現(xiàn)撕裂狀斷口低時可以出現(xiàn)撕裂狀斷口u當疲勞載荷中有壓應力時，可使已開裂的斷面相互摩擦而發(fā)亮當疲勞載荷中有壓應力時，可使已開裂的斷面相互摩擦而發(fā)亮u當運行過程中有反復的開機、停機動作時，可有貝

19、紋線出現(xiàn)當運行過程中有反復的開機、停機動作時，可有貝紋線出現(xiàn)21 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征（3）瞬時斷裂區(qū)：快速靜斷區(qū)，當疲勞裂紋擴展到一定程度時，構件）瞬時斷裂區(qū)：快速靜斷區(qū)，當疲勞裂紋擴展到一定程度時，構件的有效承載面承受不了當時的載荷而發(fā)生快速斷裂。斷口平面基本與主的有效承載面承受不了當時的載荷而發(fā)生快速斷裂。斷口平面基本與主應力方向垂直，粗糙的晶粒狀脆斷或呈放射線狀。對高塑性材料也可能應力方向垂直，粗糙的晶粒狀脆斷或呈放射線狀。對高塑性材料也可能出現(xiàn)纖維狀結構。出現(xiàn)纖維狀結構。與過載斷裂相似與過載斷裂相似。2疲勞斷口宏觀形貌的基本特征疲勞斷口宏觀形貌的基

20、本特征疲勞弧線：疲勞弧線：以疲勞源為中心，與裂紋擴展方向相垂直的呈半圓形或扇形的弧以疲勞源為中心，與裂紋擴展方向相垂直的呈半圓形或扇形的弧形線，又稱貝紋線或海灘花樣。對于形線，又稱貝紋線或海灘花樣。對于光滑試樣，疲勞弧線的圓心一般指光滑試樣，疲勞弧線的圓心一般指向疲勞源區(qū)向疲勞源區(qū)；當試樣表面有尖銳缺口時，疲勞弧線的圓心指向疲勞源區(qū)當試樣表面有尖銳缺口時，疲勞弧線的圓心指向疲勞源區(qū)的相反方向的相反方向。疲勞臺階：疲勞臺階：一次疲勞臺階出現(xiàn)在疲勞源區(qū)，二次疲勞臺階出現(xiàn)在疲勞裂紋的一次疲勞臺階出現(xiàn)在疲勞源區(qū)，二次疲勞臺階出現(xiàn)在疲勞裂紋的擴展區(qū)，與疲勞弧線相垂直，呈輻射狀，指明了疲勞裂紋擴展的方向。

21、擴展區(qū)，與疲勞弧線相垂直，呈輻射狀，指明了疲勞裂紋擴展的方向。光亮區(qū)：光亮區(qū)：有時斷口上觀察不到疲勞弧線及臺階，而僅有光亮區(qū)與粗糙區(qū)之分有時斷口上觀察不到疲勞弧線及臺階，而僅有光亮區(qū)與粗糙區(qū)之分，則光亮區(qū)為疲勞區(qū)，粗糙區(qū)為瞬斷區(qū)。有時光亮區(qū)僅為疲勞源區(qū)。，則光亮區(qū)為疲勞區(qū)，粗糙區(qū)為瞬斷區(qū)。有時光亮區(qū)僅為疲勞源區(qū)。226.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征6.2.2 6.2.2 疲勞斷口各區(qū)域的位置與形狀：疲勞斷口各區(qū)域的位置與形狀：取決于構件的應力狀態(tài)、應取決于構件的應力狀態(tài)、應力幅及構件的形狀力幅及構件的形狀載荷類型載荷類型拉拉-壓（拉）壓（拉）單向彎曲單向彎曲雙向彎曲雙向

22、彎曲旋轉(zhuǎn)彎曲旋轉(zhuǎn)彎曲扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)高應力高應力低應力低應力光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口236.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征載荷類型載荷類型拉拉-壓（拉）壓（拉）單向彎曲單向彎曲雙向彎曲雙向彎曲高應力高應力低應力低應力光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口241 1、彎曲疲勞斷裂、彎曲疲勞斷裂 金屬零件在交變的彎曲應力作用下發(fā)生的疲勞金屬零件在交變的彎曲應力作用下發(fā)生的疲勞破壞稱為彎曲疲勞斷裂。彎曲疲勞又可分為單向彎破壞稱為彎曲疲勞斷裂。彎曲疲勞又可分為

23、單向彎曲疲勞、雙向彎曲疲勞及旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞三類。其共曲疲勞、雙向彎曲疲勞及旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞三類。其共同點是同點是初裂紋一般源于表面初裂紋一般源于表面，然后沿著與最大正應然后沿著與最大正應力垂直的方向向內(nèi)擴展力垂直的方向向內(nèi)擴展，當剩余截面不能承受外加，當剩余截面不能承受外加載荷時，構件發(fā)生突然斷裂。載荷時，構件發(fā)生突然斷裂。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征25（1 1）單向彎曲疲勞斷裂）單向彎曲疲勞斷裂 象吊車懸臂之類的零件，在工作時承受單向彎曲負荷。承象吊車懸臂之類的零件，在工作時承受單向彎曲負荷。承受脈動的單向彎曲應力的零件，受脈動的單向彎曲應力的零件，其疲勞核心一般發(fā)生

24、在受拉側(cè)其疲勞核心一般發(fā)生在受拉側(cè)的表面上。疲勞核心一般為一個，斷口上可以看到呈同心圓狀的表面上。疲勞核心一般為一個，斷口上可以看到呈同心圓狀的貝紋花樣，且呈凸向的貝紋花樣，且呈凸向。最后斷裂區(qū)在疲勞源區(qū)的對面，外圍。最后斷裂區(qū)在疲勞源區(qū)的對面，外圍有剪切唇。有剪切唇。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征 構件的構件的次表面存在較大缺陷時次表面存在較大缺陷時，疲勞核心也可能在次表面疲勞核心也可能在次表面產(chǎn)生產(chǎn)生。在受到較大的應力集中的影響時，疲勞孤線可能出現(xiàn)反在受到較大的應力集中的影響時，疲勞孤線可能出現(xiàn)反向（呈凹狀），并可能出現(xiàn)多個疲勞源區(qū)向（呈凹狀），并可能出現(xiàn)多個疲勞

25、源區(qū)。 266.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征高應力高應力低應力低應力光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口27 （2 2）雙向彎曲疲勞斷裂）雙向彎曲疲勞斷裂 某些齒輪的齒根承受雙向彎曲應力的作用。零件某些齒輪的齒根承受雙向彎曲應力的作用。零件在雙向彎曲應力作用下產(chǎn)生的疲勞斷裂，在雙向彎曲應力作用下產(chǎn)生的疲勞斷裂，其疲勞源區(qū)其疲勞源區(qū)可能在零件的兩側(cè)表面，最后斷裂區(qū)在截面的內(nèi)部可能在零件的兩側(cè)表面，最后斷裂區(qū)在截面的內(nèi)部。兩個疲勞核心并非同時產(chǎn)生，擴展速度也不一樣，所兩個疲勞核心并非同時產(chǎn)生，擴展速度也不一樣，所以

26、斷口上的疲勞斷裂區(qū)一般不完全對稱。材料的性質(zhì)以斷口上的疲勞斷裂區(qū)一般不完全對稱。材料的性質(zhì)、負荷的大小、結構特征及環(huán)境因素等都對斷口的形、負荷的大小、結構特征及環(huán)境因素等都對斷口的形貌有影響，其趨勢與單向彎曲疲勞斷裂基本相同。貌有影響，其趨勢與單向彎曲疲勞斷裂基本相同。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征286.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征高應力高應力低應力低應力光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口29 （3 3）旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂）旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂 許多軸類零件的斷裂多屬于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂。

27、許多軸類零件的斷裂多屬于旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂。 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂時，旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂時，疲勞源區(qū)一般出現(xiàn)在表面疲勞源區(qū)一般出現(xiàn)在表面，但無固定地點，疲勞源的數(shù)量可以是一個也可以是，但無固定地點，疲勞源的數(shù)量可以是一個也可以是多個。多個。疲勞源區(qū)和最后斷裂區(qū)相對位置一般總是相對疲勞源區(qū)和最后斷裂區(qū)相對位置一般總是相對于軸的旋轉(zhuǎn)方向而逆轉(zhuǎn)一個角度。由此可以根據(jù)疲勞于軸的旋轉(zhuǎn)方向而逆轉(zhuǎn)一個角度。由此可以根據(jù)疲勞源區(qū)與最后斷裂區(qū)的相對位置推知軸的旋轉(zhuǎn)方向源區(qū)與最后斷裂區(qū)的相對位置推知軸的旋轉(zhuǎn)方向。 當軸的表面存在較大的應力集中時，可以出現(xiàn)多當軸的表面存在較大的應力集中時，可以出現(xiàn)多個疲勞源區(qū)。此時最后斷裂

28、區(qū)將移至軸件的內(nèi)部。個疲勞源區(qū)。此時最后斷裂區(qū)將移至軸件的內(nèi)部。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征306.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征高應力高應力低應力低應力光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口31 2 2、拉壓疲勞斷裂、拉壓疲勞斷裂 通常情況下，通常情況下，拉壓疲勞斷裂的疲勞核心多源于表面拉壓疲勞斷裂的疲勞核心多源于表面而不是而不是內(nèi)部，這一點與靜載拉伸斷裂時不同。但內(nèi)部，這一點與靜載拉伸斷裂時不同。但當構件內(nèi)部存在有明當構件內(nèi)部存在有明顯的缺陷時，疲勞初裂紋將起源于缺陷處顯的缺陷時，疲

29、勞初裂紋將起源于缺陷處。此時，在斷口上將。此時，在斷口上將出現(xiàn)兩個明顯的不同區(qū)域，一是光亮的圓形疲勞區(qū)（疲勞核心出現(xiàn)兩個明顯的不同區(qū)域，一是光亮的圓形疲勞區(qū)（疲勞核心在此中心附近），周圍是瞬時斷裂區(qū)。在疲勞區(qū)內(nèi)一般看不到在此中心附近），周圍是瞬時斷裂區(qū)。在疲勞區(qū)內(nèi)一般看不到疲勞弧線，而在瞬時斷裂區(qū)具有明顯的放射花樣。疲勞弧線，而在瞬時斷裂區(qū)具有明顯的放射花樣。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征 應力集中和材料缺陷將影響疲勞核心的數(shù)量及其所在位置應力集中和材料缺陷將影響疲勞核心的數(shù)量及其所在位置，瞬時斷裂區(qū)的相對大小與負荷大小及材料性質(zhì)有關。，瞬時斷裂區(qū)的相對大小與負荷大小

30、及材料性質(zhì)有關。32 2 2、拉壓疲勞斷裂、拉壓疲勞斷裂6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征高應力高應力低應力低應力光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口光滑試件光滑試件中等缺口中等缺口尖銳缺口尖銳缺口33 3 3 扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂 各類各類傳動軸件傳動軸件的斷裂主要是扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂。扭轉(zhuǎn)的斷裂主要是扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂。扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂的斷口形貌，主要有三種類型。疲勞斷裂的斷口形貌，主要有三種類型。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征（1 1）正向斷裂）正向斷裂 斷裂表面與軸向成斷裂表面與軸向成45 角角，即沿最大正應力作，即沿最大正應力作用的平面

31、發(fā)生的斷裂。單向脈動扭轉(zhuǎn)時為螺旋狀；用的平面發(fā)生的斷裂。單向脈動扭轉(zhuǎn)時為螺旋狀；雙向扭轉(zhuǎn)時，其斷裂面呈星狀，應力集中較大的呈雙向扭轉(zhuǎn)時，其斷裂面呈星狀，應力集中較大的呈鋸齒狀。鋸齒狀。34 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征鋸齒狀斷口形成過程鋸齒狀斷口形成過程35 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征鋸齒狀斷口鋸齒狀斷口36 3 3 扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂 （2）切向斷裂）切向斷裂 斷面與軸向垂直斷面與軸向垂直，即沿著最大切應力所在平面斷，即沿著最大切應力所在平面斷裂，裂，橫斷面齊平橫斷面齊平。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征

32、 （3）混合斷裂）混合斷裂 橫斷面呈階梯狀橫斷面呈階梯狀，即沿著最大切應力所在平面，即沿著最大切應力所在平面起裂并在正應力作用下擴展引起的斷裂。起裂并在正應力作用下擴展引起的斷裂。 正向斷裂的宏觀形貌一般為纖維狀，不易出現(xiàn)正向斷裂的宏觀形貌一般為纖維狀，不易出現(xiàn)疲勞弧線。切向斷裂較易出現(xiàn)疲勞弧線。疲勞弧線。切向斷裂較易出現(xiàn)疲勞弧線。37 4 4、振動疲勞斷裂、振動疲勞斷裂 許多機械設備及其零部件在工作時往往出現(xiàn)在其平衡位置附近作來回往許多機械設備及其零部件在工作時往往出現(xiàn)在其平衡位置附近作來回往復的運動現(xiàn)象，即機械振動。機械振動在許多情況下都是有害的。它除了產(chǎn)復的運動現(xiàn)象，即機械振動。機械振動

33、在許多情況下都是有害的。它除了產(chǎn)生噪音和有損于建筑物的動負荷外，還會顯著降低設備的性能及工作壽命。生噪音和有損于建筑物的動負荷外，還會顯著降低設備的性能及工作壽命。由往復的機械運動引起的斷裂稱為振動疲勞斷裂由往復的機械運動引起的斷裂稱為振動疲勞斷裂。 當外部的激振力的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)將出現(xiàn)激烈的共振當外部的激振力的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)將出現(xiàn)激烈的共振現(xiàn)象?，F(xiàn)象。共振疲勞斷裂共振疲勞斷裂是機械設備振動疲勞斷裂的主要形式，除此之外，尚有是機械設備振動疲勞斷裂的主要形式，除此之外，尚有顫振疲勞顫振疲勞及及喘振疲勞喘振疲勞。 振動疲勞斷裂的斷口形貌與高頻率低應力疲勞斷裂相似，振

34、動疲勞斷裂的斷口形貌與高頻率低應力疲勞斷裂相似，具有高周疲勞具有高周疲勞斷裂的所有基本特征斷裂的所有基本特征。振動疲勞斷裂的疲勞核心一般源于最大應力處，但引。振動疲勞斷裂的疲勞核心一般源于最大應力處，但引起斷裂的原因，主要是結構設計不合理。因而應通過改變構件的形狀、尺寸起斷裂的原因，主要是結構設計不合理。因而應通過改變構件的形狀、尺寸等等調(diào)整設備的自振頻率調(diào)整設備的自振頻率等措施予以避免。等措施予以避免。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征38 6.2.3 6.2.3 疲勞斷口的微觀形貌特征疲勞斷口的微觀形貌特征 1 1、疲勞斷裂的微觀形貌特征、疲勞斷裂的微觀形貌特征 疲勞

35、斷口微觀形貌的基本特征是在電子顯微疲勞斷口微觀形貌的基本特征是在電子顯微鏡下觀察到的條狀花樣，通常稱為鏡下觀察到的條狀花樣，通常稱為疲勞條痕、疲疲勞條痕、疲勞條帶、疲勞輝紋勞條帶、疲勞輝紋等。等。塑性疲勞輝紋塑性疲勞輝紋是具有一定是具有一定間距的、垂直于裂紋擴展方向、明暗相交且互相間距的、垂直于裂紋擴展方向、明暗相交且互相平行的條狀花樣平行的條狀花樣 。脆性疲勞紋脆性疲勞紋形態(tài)較復雜，大多形態(tài)較復雜，大多呈呈羽毛狀羽毛狀。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征39 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征塑性疲勞紋（條紋狀）脆性疲勞紋（羽毛狀）40 6.2 6

36、.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征（1 1）疲勞輝紋的間距在裂紋擴展初期較小，而后逐漸變大。每）疲勞輝紋的間距在裂紋擴展初期較小，而后逐漸變大。每一條疲勞輝紋間距對應一個應力循環(huán)過程中疲勞裂紋前沿向前一條疲勞輝紋間距對應一個應力循環(huán)過程中疲勞裂紋前沿向前的推進量；的推進量； 疲勞輝紋的形貌隨金屬材料的組織結構、晶粒位向及疲勞輝紋的形貌隨金屬材料的組織結構、晶粒位向及載荷性質(zhì)的不同而發(fā)生多種變化，通常具有以下特征：載荷性質(zhì)的不同而發(fā)生多種變化，通常具有以下特征：（2 2）疲勞輝紋的形狀多為向前凸出的弧形條痕。隨著裂紋擴展）疲勞輝紋的形狀多為向前凸出的弧形條痕。隨著裂紋擴展速度的增加，

37、線的曲率加大。裂紋擴展過程中，如果遇到大塊第速度的增加，線的曲率加大。裂紋擴展過程中，如果遇到大塊第二相質(zhì)點的阻礙，也可能出現(xiàn)反弧形或二相質(zhì)點的阻礙，也可能出現(xiàn)反弧形或S S形弧線疲勞輝紋；形弧線疲勞輝紋；（3 3）疲勞輝紋的排列方向取決于各段疲勞裂紋的擴展方向。）疲勞輝紋的排列方向取決于各段疲勞裂紋的擴展方向。不同晶?；蛲痪Яｋp晶界的兩側(cè)，或同一晶粒不同區(qū)域的擴不同晶?；蛲痪Яｋp晶界的兩側(cè)，或同一晶粒不同區(qū)域的擴展方向不同，產(chǎn)生的疲勞輝紋的方向也不一樣；展方向不同，產(chǎn)生的疲勞輝紋的方向也不一樣；41 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征（4 4）面心立方結構材料比體心

38、立方結構材料易于形成疲勞輝）面心立方結構材料比體心立方結構材料易于形成疲勞輝紋，平面應變狀態(tài)比平面應力狀態(tài)易形成疲勞輝紋，一般應力紋，平面應變狀態(tài)比平面應力狀態(tài)易形成疲勞輝紋，一般應力太小時觀察不到疲勞輝紋；太小時觀察不到疲勞輝紋；（5 5）并非在所有的疲勞斷口上都能觀察到疲勞輝紋，疲勞輝紋）并非在所有的疲勞斷口上都能觀察到疲勞輝紋，疲勞輝紋的產(chǎn)生與否取決于材料性質(zhì)、載荷條件及環(huán)境因素等多方面的的產(chǎn)生與否取決于材料性質(zhì)、載荷條件及環(huán)境因素等多方面的影響；影響；（6 6）疲勞輝紋在常溫下往往是穿晶的，而在高溫下也可以出）疲勞輝紋在常溫下往往是穿晶的，而在高溫下也可以出現(xiàn)沿晶的輝紋；現(xiàn)沿晶的輝紋；

39、（7 7）疲勞輝紋有延性和脆性兩種類型。）疲勞輝紋有延性和脆性兩種類型。42 延性疲勞輝紋是指金屬材料疲勞裂紋擴展時，延性疲勞輝紋是指金屬材料疲勞裂紋擴展時，裂紋尖端金屬發(fā)生較大的塑性變形。疲勞條痕通常裂紋尖端金屬發(fā)生較大的塑性變形。疲勞條痕通常是連續(xù)的，并向一個方向彎曲成波浪形。是連續(xù)的，并向一個方向彎曲成波浪形。6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征 通常在疲勞輝紋間存在有滑移帶，在電鏡下可通常在疲勞輝紋間存在有滑移帶，在電鏡下可以觀察到微孔花樣。以觀察到微孔花樣。高周疲勞斷裂時，其疲勞輝紋通常是延性的。高周疲勞斷裂時，其疲勞輝紋通常是延性的。43 6.2 6.2 疲勞斷

40、口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征延性疲勞輝紋44 脆性疲勞輝紋是指脆性疲勞輝紋是指疲勞裂紋沿解理平面擴展疲勞裂紋沿解理平面擴展，尖端沒有或很少有塑性變形尖端沒有或很少有塑性變形，故又稱解理輝紋。在，故又稱解理輝紋。在電鏡下既可觀察到與裂紋擴展方向垂直的疲勞輝紋電鏡下既可觀察到與裂紋擴展方向垂直的疲勞輝紋，又可觀察到與裂紋擴展方向一致的，又可觀察到與裂紋擴展方向一致的河流花樣及解河流花樣及解理臺階理臺階。 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征 脆性金屬材料脆性金屬材料及在及在腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的高強腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的高強度塑性材料度塑性材料發(fā)生的疲勞斷裂，或發(fā)生的疲勞斷裂

41、，或緩慢加載的疲勞斷緩慢加載的疲勞斷裂裂中，其疲勞輝紋通常是中，其疲勞輝紋通常是脆性脆性的。的。 45 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征脆性疲勞輝紋與解理河流花樣垂直脆性疲勞輝紋與解理河流花樣垂直脆性疲勞輝紋與解理臺階不同的位向脆性疲勞輝紋與解理臺階不同的位向46 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征 在一些包括面心立方結構的奧氏體不銹鋼、體心在一些包括面心立方結構的奧氏體不銹鋼、體心立方結構的合金結構鋼、馬氏體不銹鋼等材料的疲勞立方結構的合金結構鋼、馬氏體不銹鋼等材料的疲勞斷口上，尚可看到斷口上，尚可看到類似解理斷裂狀河流花樣的疲勞溝類似解理斷裂狀

42、河流花樣的疲勞溝線線及及由硬質(zhì)點滾壓形成的輪胎花樣由硬質(zhì)點滾壓形成的輪胎花樣。 在其他材料中，疲勞條痕并不像在高強鋁合金那在其他材料中，疲勞條痕并不像在高強鋁合金那樣清晰而具有規(guī)則性。例如，在鋼中，疲勞條痕的連樣清晰而具有規(guī)則性。例如，在鋼中，疲勞條痕的連續(xù)情況是不規(guī)則的，有時表現(xiàn)出短而不連續(xù)的特征。續(xù)情況是不規(guī)則的，有時表現(xiàn)出短而不連續(xù)的特征。在另外一些觀察中，卻看不到疲勞條痕，只看到一些在另外一些觀察中，卻看不到疲勞條痕，只看到一些不規(guī)則的表面特征和一些獨立的韌窩。不規(guī)則的表面特征和一些獨立的韌窩。47 6.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口中的輪胎花樣疲勞斷口中

43、的輪胎花樣4340高強鋼的疲勞輝紋高強鋼的疲勞輝紋486.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征 注意：注意： 對于工業(yè)上常用的合金結構鋼，特別是對于工業(yè)上常用的合金結構鋼，特別是高強度鋼零件，許多情況下斷口上的大部分高強度鋼零件，許多情況下斷口上的大部分面積呈現(xiàn)出靜載斷裂特征，有時甚至難以找面積呈現(xiàn)出靜載斷裂特征，有時甚至難以找到疲勞輝紋，這給疲勞失效分析帶來一定的到疲勞輝紋，這給疲勞失效分析帶來一定的困難。困難。496.2 6.2 疲勞斷口形貌及其特征疲勞斷口形貌及其特征（1 1）試樣厚度：試樣厚度越厚，越易出現(xiàn)靜載斷裂花樣，它）試樣厚度：試樣厚度越厚，越易出現(xiàn)靜載斷裂花樣，

44、它能增高裂紋擴展速率；能增高裂紋擴展速率；（2 2）材料性質(zhì)：塑性材料比脆性材料更易出現(xiàn)疲勞輝紋。當）材料性質(zhì)：塑性材料比脆性材料更易出現(xiàn)疲勞輝紋。當材料材料K KICIC 60MPa60MPa m m1/21/2時，斷口上的疲勞條帶減少，而各種類型時，斷口上的疲勞條帶減少，而各種類型的靜載斷裂花樣增多；的靜載斷裂花樣增多；（3 3）晶體的結構類型：面心立方晶體較體心立方晶體更易出）晶體的結構類型：面心立方晶體較體心立方晶體更易出現(xiàn)疲勞條帶；現(xiàn)疲勞條帶；（4 4）加載水平：靜載斷裂花樣的出現(xiàn)主要取決于）加載水平：靜載斷裂花樣的出現(xiàn)主要取決于K Kmaxmax，而對，而對 K K不敏感。不敏感。

45、K Kmaxmax越高，越易出現(xiàn)靜載斷裂花樣。越高，越易出現(xiàn)靜載斷裂花樣。斷口上出現(xiàn)靜載斷裂花樣與下列因素有關：斷口上出現(xiàn)靜載斷裂花樣與下列因素有關：506.3.1 6.3.1 機械疲勞斷裂機械疲勞斷裂6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別1 1、高周疲勞斷裂、高周疲勞斷裂 高周疲勞斷口的微觀基本特征是高周疲勞斷口的微觀基本特征是細小的疲勞輝紋細小的疲勞輝紋。此外，。此外，有時尚可看到有時尚可看到疲勞溝線和輪胎花樣疲勞溝線和輪胎花樣。依此即可判斷斷裂的性。依此即可判斷斷裂的性質(zhì)是高周疲勞斷裂。但要注意載荷性質(zhì)、材料結構和環(huán)境條質(zhì)是高周疲勞斷裂。但要注意載荷性質(zhì)、材料結構和

46、環(huán)境條件的影響。件的影響。機械疲勞斷裂（常溫、大氣）機械疲勞斷裂（常溫、大氣）腐蝕疲勞斷裂（腐蝕環(huán)境）腐蝕疲勞斷裂（腐蝕環(huán)境）金屬熱疲勞斷裂（高溫）金屬熱疲勞斷裂（高溫）516.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別2 2、低周疲勞斷裂、低周疲勞斷裂 低周疲勞宏觀斷口上存在低周疲勞宏觀斷口上存在多疲勞源多疲勞源，整個斷口粗糙且高低，整個斷口粗糙且高低不平。微觀基本特征是不平。微觀基本特征是粗大的疲勞輝紋或粗大的疲勞輝紋與粗大的疲勞輝紋或粗大的疲勞輝紋與微孔花樣微孔花樣。同樣，低周疲勞斷口的微觀特征隨材料性質(zhì)、組。同樣，低周疲勞斷口的微觀特征隨材料性質(zhì)、組織結構及環(huán)境條件的不同

47、而有很大差別?？椊Y構及環(huán)境條件的不同而有很大差別。 對于超高強度鋼，在加載頻率較低和振幅較大的條件下，低對于超高強度鋼，在加載頻率較低和振幅較大的條件下，低周疲勞斷口上可能不出現(xiàn)疲勞輝紋而代之以沿晶斷裂和微孔花周疲勞斷口上可能不出現(xiàn)疲勞輝紋而代之以沿晶斷裂和微孔花樣為特征。樣為特征。 熱穩(wěn)定不銹鋼的低周疲勞斷口上除具有典型的疲勞輝紋外，熱穩(wěn)定不銹鋼的低周疲勞斷口上除具有典型的疲勞輝紋外，常出現(xiàn)大量的粗大滑移帶及密布著細小二次裂紋。常出現(xiàn)大量的粗大滑移帶及密布著細小二次裂紋。 高溫條件下的低周疲勞斷裂，由于塑性變形容易，一般其疲高溫條件下的低周疲勞斷裂，由于塑性變形容易，一般其疲勞輝紋更深、輝紋

48、輪廓更為清晰，并且在輝紋間隔處往往出現(xiàn)勞輝紋更深、輝紋輪廓更為清晰，并且在輝紋間隔處往往出現(xiàn)二次裂紋。二次裂紋。523 3、振動疲勞（微振疲勞）斷裂、振動疲勞（微振疲勞）斷裂 金屬微振疲勞斷口的基本特征是金屬微振疲勞斷口的基本特征是細密的疲勞輝紋細密的疲勞輝紋，金屬共，金屬共振疲勞斷口的特征與低周疲勞斷口相似。但在疲勞裂紋的起始振疲勞斷口的特征與低周疲勞斷口相似。但在疲勞裂紋的起始部位通常可以看到部位通?？梢钥吹侥p的痕跡、壓傷、微裂紋、掉塊及帶色的磨損的痕跡、壓傷、微裂紋、掉塊及帶色的粉末粉末（鋼鐵材料為褐色；鋁、鎂材料為黑色）。（鋼鐵材料為褐色；鋁、鎂材料為黑色）。6.3 6.3 疲勞斷裂

49、失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別 只有在微振磨損條件下服役的零件，才有可能發(fā)生微振疲只有在微振磨損條件下服役的零件，才有可能發(fā)生微振疲勞失效。勞失效。通常易于發(fā)生微振疲勞失效的零件有：鉚接螺栓、耳通常易于發(fā)生微振疲勞失效的零件有：鉚接螺栓、耳片等緊固件；熱壓、過渡配合件，花鍵、鍵槽、夾緊件、萬向片等緊固件；熱壓、過渡配合件，花鍵、鍵槽、夾緊件、萬向節(jié)頭、軸節(jié)頭、軸- -軸套配合件，齒輪軸套配合件，齒輪- -軸配合件，回擺軸承，板簧以及軸配合件，回擺軸承，板簧以及鋼絲繩等。鋼絲繩等。 534 4、接觸疲勞斷裂、接觸疲勞斷裂 材料表面在較高的接觸壓應力作用下，經(jīng)過多次應力材料表面在較高的接觸壓

50、應力作用下，經(jīng)過多次應力循環(huán)，其接觸面的局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊循環(huán)，其接觸面的局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落金屬剝落，形成，形成麻點或凹坑麻點或凹坑，最后導致構件失效的現(xiàn)象，稱之為接觸疲勞，最后導致構件失效的現(xiàn)象，稱之為接觸疲勞，也稱為接觸疲勞磨損或磨損疲勞。主要產(chǎn)生于滾動接觸的機也稱為接觸疲勞磨損或磨損疲勞。主要產(chǎn)生于滾動接觸的機器零件如滾動軸承、齒輪、凸輪、車輪等的表面。器零件如滾動軸承、齒輪、凸輪、車輪等的表面。6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別 如果接觸疲勞源在材料表面產(chǎn)生，裂紋進一步擴展會出現(xiàn)如果接觸疲勞源在材料表面產(chǎn)生，裂紋進一步擴展會出現(xiàn)麻點及導致表面金

51、屬剝落；如果接觸疲勞裂紋源在材料的次表麻點及導致表面金屬剝落；如果接觸疲勞裂紋源在材料的次表面產(chǎn)生，則引起表面層壓碎，導致工作面剝落面產(chǎn)生，則引起表面層壓碎，導致工作面剝落 。 接觸疲勞斷口和磨損疲勞斷口特征基本相同。其疲勞輝紋接觸疲勞斷口和磨損疲勞斷口特征基本相同。其疲勞輝紋均因摩擦而呈現(xiàn)斷續(xù)狀和不清晰特征。均因摩擦而呈現(xiàn)斷續(xù)狀和不清晰特征。546.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別齒面硬度偏低和冶金缺陷導致的接觸疲齒面硬度偏低和冶金缺陷導致的接觸疲勞（有大量麻坑、剝落和磨損痕跡）勞（有大量麻坑、剝落和磨損痕跡）556.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型

52、與鑒別斷裂形貌（葉根的接觸面斷裂形貌（葉根的接觸面上有接觸摩擦氧化斑痕上有接觸摩擦氧化斑痕）接觸摩擦區(qū)組織被歪扭接觸摩擦區(qū)組織被歪扭斷口特征（多裂紋源形成疲勞臺階并伴斷口特征（多裂紋源形成疲勞臺階并伴有二次裂紋）有二次裂紋）15Cr12WMo葉片接觸疲勞損壞葉片接觸疲勞損壞56 6.3.2 腐蝕疲勞斷裂腐蝕疲勞斷裂 金屬零件在交變應力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下導致的斷裂金屬零件在交變應力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下導致的斷裂，稱為腐蝕疲勞斷裂。，稱為腐蝕疲勞斷裂。 6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別 由于交變應力的作用，使環(huán)境介質(zhì)能夠與不斷產(chǎn)生的新由于交變應力的作用，使環(huán)境介質(zhì)

53、能夠與不斷產(chǎn)生的新金屬表面發(fā)生作用，使得腐蝕疲勞初裂紋以比恒定載荷下的金屬表面發(fā)生作用，使得腐蝕疲勞初裂紋以比恒定載荷下的應力腐蝕快得多的速度進行擴展。應力腐蝕快得多的速度進行擴展。57 （3 3）材料的腐蝕疲勞不存在疲勞極限。即，金）材料的腐蝕疲勞不存在疲勞極限。即，金屬材料屬材料在任何給定的應力條件下在任何給定的應力條件下，經(jīng)無限次循環(huán)作用，經(jīng)無限次循環(huán)作用后終將導致腐蝕疲勞破壞，這已為眾多實驗證實。后終將導致腐蝕疲勞破壞，這已為眾多實驗證實。6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別2 2、腐蝕疲勞破壞的特點、腐蝕疲勞破壞的特點 （1 1）腐蝕疲勞不需要特定的腐蝕系統(tǒng)。

54、這一）腐蝕疲勞不需要特定的腐蝕系統(tǒng)。這一點與應力腐蝕破壞不同。它在不含任何特定腐蝕離點與應力腐蝕破壞不同。它在不含任何特定腐蝕離子的蒸餾水中也能發(fā)生。子的蒸餾水中也能發(fā)生。 （2 2）任何金屬材料均可能發(fā)生腐蝕疲勞，即）任何金屬材料均可能發(fā)生腐蝕疲勞，即使是純金屬也能產(chǎn)生腐蝕疲勞。使是純金屬也能產(chǎn)生腐蝕疲勞。58 （5 5）腐蝕疲勞初裂紋的擴展受應力循環(huán)周次）腐蝕疲勞初裂紋的擴展受應力循環(huán)周次的控制，不循環(huán)時裂紋不擴展。低應力頻率和低的控制，不循環(huán)時裂紋不擴展。低應力頻率和低負荷交互作用時，裂紋擴展速度加大。溫度升高負荷交互作用時，裂紋擴展速度加大。溫度升高加速擴展。一般腐蝕介質(zhì)的濃度越高，則

55、腐蝕疲加速擴展。一般腐蝕介質(zhì)的濃度越高，則腐蝕疲勞越激烈。勞越激烈。 6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別2 2、腐蝕疲勞破壞的特點、腐蝕疲勞破壞的特點 （4 4）由于腐蝕介質(zhì)的影響，使）由于腐蝕介質(zhì)的影響，使 N N曲線明曲線明顯地向低值方向推移，即材料的疲勞強度顯著降顯地向低值方向推移，即材料的疲勞強度顯著降低，疲勞初裂紋形成的孕育期顯著縮短。低，疲勞初裂紋形成的孕育期顯著縮短。596.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別鋁合金疲勞裂紋擴展速率與鋁合金疲勞裂紋擴展速率與 環(huán)境水蒸汽濃度的關系環(huán)境水蒸汽濃度的關系機械疲勞與腐蝕疲勞之比較機械疲勞與腐

56、蝕疲勞之比較603 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別 （1 1）脆性斷裂，斷口附近無塑變脆性斷裂，斷口附近無塑變。斷口上也有純機械。斷口上也有純機械疲勞斷口的宏觀特征，但疲勞源區(qū)一般不明顯。斷裂多疲勞斷口的宏觀特征，但疲勞源區(qū)一般不明顯。斷裂多源自表面缺陷或腐蝕坑底部。源自表面缺陷或腐蝕坑底部。 （2 2）微觀斷口）微觀斷口可見疲勞輝紋，但由于腐蝕介質(zhì)的可見疲勞輝紋，但由于腐蝕介質(zhì)的作用而模糊不清；二次裂紋較多并具有泥紋花樣作用而模糊不清；二次裂紋較多并具有泥紋花樣。通常，。通常，隨著加載頻率的降低，斷口上的疲勞特征

57、花樣逐漸減少隨著加載頻率的降低，斷口上的疲勞特征花樣逐漸減少，而靜載腐蝕斷裂（應力腐蝕）特征花樣則逐漸增多。，而靜載腐蝕斷裂（應力腐蝕）特征花樣則逐漸增多。 （3 3）屬于多源疲勞；裂紋的走向可以是穿晶型的也可能）屬于多源疲勞；裂紋的走向可以是穿晶型的也可能是沿晶型的，而且是沿晶型的，而且裂紋通常是成群裂紋通常是成群的。的。主裂紋附近出現(xiàn)多主裂紋附近出現(xiàn)多條次裂紋的現(xiàn)象條次裂紋的現(xiàn)象，是腐蝕疲勞失效的表面特征之一，是腐蝕疲勞失效的表面特征之一 。613 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別（4 4）斷口上的腐蝕產(chǎn)物與環(huán)境

58、中的腐蝕介質(zhì)相一致。）斷口上的腐蝕產(chǎn)物與環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)相一致。 當斷口上既有疲勞特征又有腐蝕疲勞痕跡時，顯然可判當斷口上既有疲勞特征又有腐蝕疲勞痕跡時，顯然可判斷為腐蝕疲勞破壞。但是，當斷口未見明顯宏觀腐蝕跡象斷為腐蝕疲勞破壞。但是，當斷口未見明顯宏觀腐蝕跡象，而又無腐蝕產(chǎn)物時，也不能認為，此種斷裂就一定是機，而又無腐蝕產(chǎn)物時，也不能認為，此種斷裂就一定是機械疲勞。械疲勞。 如鈍化態(tài)的不銹鋼腐蝕疲勞，如鈍化態(tài)的不銹鋼腐蝕疲勞，通常并看不到明顯通常并看不到明顯的腐蝕產(chǎn)物，而后者在不銹鋼工程事故中卻是經(jīng)?？梢杂龅母g產(chǎn)物，而后者在不銹鋼工程事故中卻是經(jīng)常可以遇到的。到的。 由于影響腐蝕疲勞的因素

59、很多，且在很多情況下，腐由于影響腐蝕疲勞的因素很多，且在很多情況下，腐蝕疲勞與應力腐蝕的斷口有許多相似之處，因此，希望單蝕疲勞與應力腐蝕的斷口有許多相似之處，因此，希望單憑斷口特征來判斷腐蝕疲勞是危險的，必須綜合分析各種憑斷口特征來判斷腐蝕疲勞是危險的，必須綜合分析各種因素的作用，才能做出準確的判斷。因素的作用，才能做出準確的判斷。623 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別633 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別643 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口

60、特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別653 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別663 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別673 3、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征、腐蝕疲勞斷裂的斷口特征6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別68 6.3.3 6.3.3 金屬熱疲勞斷裂金屬熱疲勞斷裂6.3 6.3 疲勞斷裂失效類型與鑒別疲勞斷裂失效類型與鑒別金屬材料由于金屬材料由于溫度梯度循環(huán)引起