疲劳裂纹特征.
疲劳破坏特征
疲劳破坏特征
疲劳是指物体在受到重复加载或振动后逐渐失效的过程。
在工程材料和结构中，疲劳破坏是一种常见的失效形式，它会导致材料和结构的性能下降甚至失效。
疲劳破坏特征是指在材料或结构受到疲劳加载后出现的一些特征性破坏形态，了解这些特征对于预防疲劳破坏具有重要意义。
一、疲劳裂纹
疲劳裂纹是疲劳破坏的主要特征之一。
在材料或结构受到重复加载后，裂纹会逐渐形成并扩展，最终导致疲劳失效。
疲劳裂纹的形成和扩展是一个渐进的过程，通常会在材料的表面或表面下形成裂纹，然后逐渐扩展至整个截面，最终导致失效。
因此，对于疲劳裂纹的监测和控制至关重要。
二、表面粗糙度增加
在疲劳加载下，材料表面的粗糙度会逐渐增加。
这是因为疲劳加载会导致微观裂纹的形成和扩展，进而导致表面的粗糙度增加。
当表
面粗糙度增加到一定程度时，会导致应力集中和疲劳裂纹的形成，加剧了疲劳破坏的发展。
三、变形增加
在疲劳加载下，材料或结构的变形会逐渐增加。
这是因为疲劳加载会导致材料的塑性变形，进而导致变形增加。
随着变形的增加，材料或结构的强度和刚度会逐渐下降，最终导致疲劳失效。
综上所述，疲劳破坏特征包括疲劳裂纹的形成和扩展、表面粗糙度的增加以及变形的增加。
了解这些特征对于预防疲劳破坏具有重要意义，可以通过监测和控制这些特征来延缓疲劳失效的发生，提高材料和结构的使用寿命。
焊缝疲劳裂纹的原因
焊缝疲劳裂纹的原因一、疲劳裂纹的概念和特征疲劳裂纹是指材料在受到交变或重复载荷作用下，在无外界力的情况下产生的由于疲劳所致的裂纹。
疲劳裂纹通常以一定的周期性或规律性扩展，直至超过材料的疲劳强度而导致破坏。
疲劳裂纹的存在可能严重影响结构的可靠性和使用寿命。
二、焊缝疲劳裂纹的原因2.1 形成焊缝疲劳裂纹的基本原因焊缝疲劳裂纹的形成主要受到以下几个因素的影响：1.组织不均匀性：焊缝内的组织不均匀性是疲劳裂纹形成和扩展的一个重要原因。
焊接过程中，焊缝区域受到高温和热应力的影响，会导致晶粒的过度长大和组织的变化，使得焊缝区域在受到交变载荷的情况下更容易发生裂纹。
2.应力集中：焊接过程中，焊缝周围的材料经历了复杂的热循环和相变过程，会产生应力集中现象。
焊缝本身就是一个应力集中的区域，如果设计不合理或施工不当，就会导致焊缝的应力集中进一步加剧，从而促使疲劳裂纹的形成和扩展。
3.缺陷和不良现象：焊接过程中，可能会出现不均匀的焊缝几何形状、焊接缺陷（如气孔、夹渣等）、内部应力、残余变形等不良现象。
这些缺陷和不良现象会导致焊缝的强度降低，从而促使焊缝疲劳裂纹的形成。
2.2 不同焊接方法对焊缝疲劳裂纹的影响不同的焊接方法对焊缝疲劳裂纹的形成和扩展有着不同的影响。
下面以常见的几种焊接方法为例进行讨论：1.电弧焊：电弧焊是一种常用的焊接方法，其焊接过程中产生的较高温度可能导致焊缝周围材料的相变和组织变化，从而增加了焊缝疲劳裂纹形成的风险。
2.气保焊：气保焊是一种在保护气体的环境下进行的焊接方法，其焊接过程中产生的保护气体可以有效地减少焊缝周围材料的氧化和污染，从而减少了焊缝疲劳裂纹形成的概率。
3.点焊：点焊是一种通过电阻热来实现焊接的方法，其焊接过程中产生的高温和热应力可能导致焊缝周围材料的晶粒长大和组织变化，从而增加了焊缝疲劳裂纹形成的风险。
4.激光焊：激光焊是一种高能量密度的焊接方法，其焊接过程中产生的高温和应力可能导致焊缝周围材料的熔化和凝固，从而对焊缝疲劳裂纹的形成和扩展产生影响。
简述疲劳破坏的特征。
简述疲劳破坏的特征。
疲劳破坏是指在受到反复加载或应力循环作用后，物体出现的裂纹、断裂或变形等损坏，其特征包括以下几个方面：
1. 显微观结构上，疲劳裂纹呈现出疲劳条纹，即将物体截面切割后，可以看到呈现出一系列平行的条纹状裂纹。
2. 疲劳破坏具有随机性，其形成是由于一系列微小的应力过程积累造成的，因此疲劳裂纹的形态和分布是随机的，不同的物体在疲劳破坏时呈现出不同的形态和特征。
3. 疲劳破坏通常发生在物体的表面或者近表面处，这是由于物体表面的表面缺陷、应力集中等缺陷容易导致裂纹的形成与扩展。
4. 疲劳破坏的速度通常比较慢，其发生的过程一般需要数万次甚至数百万次的应力循环才能造成显著的破坏，但在某些情况下，疲劳裂纹的扩展速度却非常快。
5. 疲劳破坏是可以预测和控制的，通过对物体疲劳性能的检测、分析和评估，可以制定出适当的疲劳试验和评估标准，来预测和控制物体的疲劳破坏。
- 1 -。
疲劳断裂的基本特征
疲劳断裂的基本特征疲劳断裂是一种金属和材料在长时间的应力作用下逐渐产生裂纹并最终失效的现象。
它是一种破坏行为，常见于机械结构和工程材料中。
疲劳断裂的基本特征包括裂纹形成、裂纹扩展和失效破坏。
疲劳断裂的形成通常经历三个阶段。
首先是应力集中，也就是在材料表面或内部出现应力集中的区域。
这种应力集中可以由缺陷、凹槽、划痕等引起。
其次是裂纹的形成，应力集中区域的材料开始发生微小的裂纹，这些裂纹通常是微观的，难以察觉。
最后是裂纹的扩展，随着应力的作用，裂纹逐渐扩展，最终导致材料的失效。
疲劳断裂的特点是裂纹的扩展是一个渐进性的过程。
在应力作用下，裂纹从微小到逐渐扩展，直到达到材料的强度极限。
这个过程被称为裂纹的扩展阶段。
裂纹扩展的速度受到多个因素的影响，包括应力水平、应力周期、材料的力学性能等。
一般来说，应力水平越高、应力周期越大、材料的力学性能越差，裂纹扩展的速度越快。
疲劳断裂的失效破坏通常是突然发生的。
在裂纹扩展到一定程度后，材料的强度将急剧下降，裂纹会迅速扩展并导致材料的失效。
这种失效破坏是突然发生的，没有明显的预警信号。
因此，对于承受疲劳载荷的结构和材料，必须进行定期的检测和维护，以防止疲劳断裂的发生，确保结构的安全性。
为了预防和控制疲劳断裂，人们采取了许多措施。
首先是改善材料的力学性能，提高材料的韧性和强度，减少裂纹扩展的速度。
其次是设计合理的结构，避免应力集中的出现，减少裂纹的形成。
此外，还可以采用表面处理、应力涂层、热处理等方法来提高材料的抗疲劳性能。
在使用过程中，要注意控制应力水平和应力周期，避免过大的应力作用。
疲劳断裂是一种常见的材料失效形式，它具有裂纹形成、裂纹扩展和失效破坏等基本特征。
了解疲劳断裂的特点，对于改善材料的抗疲劳性能、设计合理的结构以及确保结构的安全性具有重要意义。
通过采取合适的预防和控制措施，可以有效地避免疲劳断裂的发生，延长材料和结构的使用寿命。
简述疲劳破坏的特征
简述疲劳破坏的特征疲劳破坏（Fatigue failure）是指金属材料在长期的应力循环载荷作用下引起的裂纹、断裂现象，它是一种常见的材料失效模式。
疲劳破坏的特征主要包括以下几个方面：一、裂纹产生周期疲劳破坏通常是由于应力循环载荷的反复作用，导致材料表面出现细微的裂纹，随着应力循环的增加，这些裂纹逐渐扩展，最终导致材料失效。
通常情况下，疲劳裂纹的产生周期是短于材料的寿命，因此在材料的设计和使用过程中，必须考虑到这一特征。
二、裂纹的扩展方向疲劳破坏的裂纹通常是以不规则的方式从材料的表面或疲劳起始点开始扩展，它的扩展方向一般是垂直于应力方向或主应力方向。
裂纹扩展时会产生韧带和颗粒痕迹等特征，这些特征可以用于确定裂纹扩展的方向。
三、疲劳寿命材料的疲劳寿命是指它在特定应力水平下能够承受多少循环载荷，达到失效的临界点。
疲劳寿命通常取决于材料的性质、应力水平和应力幅值等因素，而对于同一种材料而言，其疲劳寿命会因为外部环境、加工方式和应用场合等因素而产生变化。
四、疲劳破坏模式疲劳破坏的模式可以分为疲劳裂纹扩展模式和疲劳断口模式两种。
疲劳裂纹扩展模式是指材料表面出现细微的裂纹，并随着应力的循环增加而逐渐扩展，最终导致材料失效。
而疲劳断口模式则是在裂纹扩展到临界值后，材料突然发生断裂，形成明显的疲劳断口。
不同的疲劳破坏模式对应着不同的应用场合和设备要求。
总的来说，疲劳破坏是材料工程中一个重要的失效模式，它对材料的设计和使用具有重要意义。
在工程实践中，必须认真分析疲劳破坏的特征和模式，采取相应的预防和修复措施，从而确保设备的长期、稳定运行。
构件发生疲劳断裂时微观形貌特征
构件发生疲劳断裂时微观形貌特征一、引言疲劳断裂是材料科学和工程领域中一个重要的问题，它导致许多实际工程中的失效事故。
研究材料在疲劳载荷下的断裂行为及其微观形貌特征对于预防疲劳断裂具有重要的意义。
本文将探讨构件在疲劳断裂发生时的微观形貌特征。
二、疲劳断裂的基本特征1. 疲劳断裂是指在交变应力作用下，材料在较短时间内经历多次应力循环后出现断裂的现象。
2. 疲劳断裂的形貌特征包括疲劳裂纹的形态和扩展方向等。
三、微观形貌特征的分析1. 晶粒形貌特征在疲劳断裂过程中，晶粒会逐渐失去规则的排列状态，形成疲劳裂纹。
晶粒在断裂前后的形态变化对于断裂的过程和机制具有重要的意义。
2. 疲劳裂纹的扩展疲劳裂纹的扩展路径是材料疲劳断裂行为中的重要特征之一。
疲劳裂纹往往呈现出交错、分叉等形态，揭示了材料在疲劳断裂过程中的特殊应力状态及其对裂纹形成的影响。
3. 微观结构的变化材料在疲劳断裂过程中，其微观结构会发生变化，如晶粒尺寸的变化、位错堆积等。
这些变化对材料的强度和断裂性能都有重要影响，因此对微观结构的研究可以揭示材料疲劳断裂的机制。
四、疲劳断裂的机制1. 晶界滑移与扩展在疲劳断裂过程中，晶界的滑移与扩展是一个重要的机制。
晶界滑移的不规则扩展对材料的疲劳性能有重要影响。
2. 前驱裂纹的形成疲劳断裂过程中，前驱裂纹的形成是一个重要的环节。
微观形貌特征的分析可以帮助揭示前驱裂纹形成的机制。
3. 微观缺陷的影响材料在制备和应力加载过程中存在着各种微观缺陷，这些缺陷对疲劳断裂的形貌特征有重要的影响。
研究微观缺陷对疲劳断裂的影响，可以为材料设计和工程应用提供重要参考。
五、研究方法1. 金相显微镜观察金相显微镜是研究材料微观形貌特征的重要工具之一，通过观察材料的金相组织和晶粒形貌特征，可以揭示材料疲劳断裂的微观机理。
2. 电镜观察电镜是研究材料微观结构和形貌特征的重要手段，其高分辨率的观察能力可以揭示材料微观形貌特征的细节。
3. 数值模拟数值模拟是研究材料断裂行为和微观形貌特征的重要方法，通过模拟材料在疲劳载荷下的行为，可以揭示材料的疲劳断裂机制和微观形貌特征。
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。
疲劳裂纹特征
E
安
全
区 塑性失效 区
0
S(σs,0) F(σB,0)
m
图3.8 塑性材料简化疲劳极限应力图
图中各状态点说明： Ａ点——对称循环疲劳极限点（０，σ-1） B点——脉动循环疲劳极限点 F点——静强度极限点（σB，0） S点——屈服极限点（σS，0） 以上的抛物线图为实验所得的塑性材料疲劳极限应力
图，折线为塑性材料简化的疲劳极限应力图，由图可知：
A σr
B
103(104)
N0
lgN
图3.2 疲劳曲线
疲劳极限——在循环特性r 下的变应力，经过N次循环后，材料 不发生破坏的应力的最大值。
表示方法为： 疲劳曲线——表示循环次数N～σrN或τ rN之间的变化关系的曲线。 N0——循环基数
有限寿命区（N< N0）
低周循环疲劳区——0<N<103(104) 疲劳极限接近 屈 服极限,几乎与N无关。 高周循环疲劳区——103(104)≤N，疲劳极限随循环次 数的增加而降低。
零件的工作状态点应处于安全区（折线ABES以内），
且距离ABES折线越远，工作应更安全。
3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素
3、3、1 应力集中的影响，影响系数为kσ kτ
k 1 q( 1) k 1 q( 1)
, 考虑零件几何形状的理论应力集中系数 ——
在变应力工作下的零件，疲劳断裂是最主要的失效形式之一。 零件的疲劳断裂占零件断裂的80%。 疲劳断裂截面→表面光滑的疲劳发展区+粗糙的脆性断裂区。
见书中图3.1和表3.1。
3.2 疲劳曲线和疲劳极限应力图
3.2.1 疲劳曲线 （σ—N或τ —N曲线）
有限寿命区 LgσrN 低周循环 高周循环 无限寿命区
疲劳断裂的特征分类及基础知识
No.1疲劳与断裂的概念1.疲劳：金属材料在应力或应变的反复作用下发生的性能变化称为疲劳。
2.疲劳断裂：材料承受交变循环应力或应变时，引起的局部结构变化和内部缺陷的不断地发展，使材料的力学性能下降，最终导致产品或材料的完全断裂，这个过程称为疲劳断裂，也可简称为金属的疲劳。
引起疲劳断裂的应力一般很低，疲劳断裂的发生，往往具有突发性、高度局部性及对各种缺陷的敏感性等特点。
No.2疲劳断裂的分类1.高周疲劳与低周疲劳如果作用在零件或构件的应力水平较低，破坏的循环次数高于10万次的疲劳，称为高周疲劳。
例如弹簧、传动轴、紧固件等类产品一般以高周疲劳见多。
作用在零件构件的应力水平较高，破坏的循环次数较低，一般低于1万次的疲劳，称为低周疲劳。
例如压力容器，汽轮机零件的疲劳损坏属于低周疲劳。
2.应力和应变分析应变疲劳——高应力，循环次数较低，称为低周疲劳；应力疲劳——低应力，循环次数较高，称为高周疲劳。
复合疲劳，但在实际中，往往很难区分应力与应变类型，一般情况下二种类型兼而有之，这样称为复合疲劳。
3.按照载荷类型分类弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳、接触疲劳、振动疲劳、微动疲劳。
No.3疲劳断裂的特征宏观：裂纹源→扩展区→瞬断区。
裂纹源：表面有凹槽、缺陷，或者应力集中的区域是产生裂纹源的前提条件。
疲劳扩展区：断面较平坦，疲劳扩展与应力方向相垂直，产生明显疲劳弧线，又称为海滩纹或贝纹线。
瞬断区：是疲劳裂纹迅速扩展到瞬间断裂的区域，断口有金属滑移痕迹，有些产品瞬断区有放射性条纹并具有剪切唇区。
微观：疲劳断裂典型的特征是出现疲劳辉纹。
一些微观试样中还会出现解理与准解理现象（晶体学上的名称，在微观显象上出现的小平面），以及韧窝等微观区域特征。
No.4疲劳断裂的特点（1）断裂时没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有明显的预兆，往往是突然性的产生，使机械零件产生的破坏或断裂的现象，危害十分严重。
（2）引起疲劳断裂的应力很低，往往低于静载时屈服强度的应力负荷。
低周疲劳断裂的断口特征
低周疲劳断裂的断口特征
低周疲劳断裂的断口特征包括：
1. 裂纹萌生区：这是疲劳裂纹开始形成的区域。
在宏观上，这个区域可能看起来相对平滑，但在微观尺度上，这里可能会有一些细微的腐蚀坑或缺口。
2. 裂纹扩展区：这是疲劳裂纹开始扩展的区域。
这个区域的断口通常会有明显的台阶状或凹凸不平的形态。
这种形态是由于疲劳裂纹在每一次循环载荷作用下扩展一点所形成的。
3. 瞬断区：这是疲劳断裂的最后阶段。
在这个区域，裂纹扩展得太快，以至于没有足够的时间在断口上留下痕迹。
这个区域的断口通常比较平坦，有时甚至会有剪切唇的特征。
这些特征可以用来识别低周疲劳断裂，并帮助理解材料的疲劳性能和行为。
疲劳断裂的特征分类及基础知识
疲劳断裂的特征分类及基础知识疲劳断裂是一种在重复加载条件下发生的一种损伤形式，可以导致金属及其合金材料的破坏。
疲劳断裂是由于应力集中、材料缺陷、环境影响等多种因素引起的。
以下是对疲劳断裂特征分类及基础知识的详细分析。
1.纵向疲劳断裂：当材料受到拉伸或压缩的加载时，在垂直于加载方向的平面上发生断裂，形成纵向疲劳断裂。
2.横向疲劳断裂：当材料受到扭转或剪切的加载时，在平行于加载方向的平面上发生断裂，形成横向疲劳断裂。
3.中心断裂：当材料受到拉伸或压缩的加载时，在距离加载部位较远的位置发生断裂，这种断裂称为中心断裂。
4.表面断裂：当材料受到磨损、腐蚀等外部因素的影响时，在材料表面形成断裂，这种断裂称为表面断裂。
1.疲劳载荷：是指在一个周期内作用于材料上的变化载荷，其特点是频率较高、幅值较小。
常见的疲劳载荷有交变载荷、脉动载荷和随机载荷等。
2.疲劳寿命：是指材料在一定的应力水平下承受疲劳载荷的循环次数，即能够承受多少次循环载荷而不发生疲劳断裂。
3.S-N曲线：是一种用来描述材料的疲劳性能的荷载寿命曲线。
它描述了应力幅值和循环次数之间的关系，一般呈现出下降递减的趋势。
4.疲劳裂纹：是指在材料使用过程中形成的裂纹。
疲劳裂纹的出现是由于材料在应力循环中发生屈服，导致局部塑性变形，从而形成裂纹。
5.疲劳断裂预测：为了避免材料在使用过程中发生疲劳断裂，科学家和工程师会进行疲劳断裂预测。
这个过程包括材料的疲劳性能测试、疲劳寿命预测和结构设计等。
总结起来，疲劳断裂是一种由应力集中、材料缺陷和环境影响等引起的金属材料破坏形式。
根据断裂的位置和形状可以将其分类为纵向疲劳断裂、横向疲劳断裂、中心断裂和表面断裂。
了解疲劳载荷、疲劳寿命、S-N曲线、疲劳裂纹以及疲劳断裂预测等基础知识有助于理解和预防疲劳断裂的发生。
研究和应用这些知识对于材料的设计和使用至关重要。
疲劳断口的宏观形貌特征
其他辅助技术手段
X射线衍射（XRD）分析
01
通过XRD可以分析断口表面的晶体结构和相组成，有助于了解
材料的力学性能和断裂机制。
超声波检测
02
利用超声波在材料中的传播特性，可以检测材料内部的缺陷和
裂纹，为疲劳断裂的分析提供辅助信息。
红外热像仪
03
红外热像仪可以检测材料表面的温度分布，从而间接反映材料
2023
疲劳断口的宏观形貌 特征
https://
REPORTING
2023
目录
• 引言 • 疲劳断口类型与形成机制 • 宏观形貌特征描述方法与技术手段 • 不同材料疲劳断口宏观形貌特征比较 • 影响因素及变化规律探讨 • 总结与展望
2023
PART 01
引言
REPORTING
• 多尺度研究：疲劳断裂是一个涉及多个尺度的复杂过程，未来研究将更加注重 从微观到宏观的多尺度研究，以揭示不同尺度下的疲劳损伤机制和断裂行为。
• 智能化研究：随着人工智能和机器学习等技术的不断发展，未来有望实现疲劳 断口的智能化识别和分析。通过构建大规模的疲劳断口数据库和深度学习模型 ，可以实现对疲劳断口的自动识别和分类，提高分析效率和准确性。
疲劳断口类型划分
01
海滩状断口
海滩状断口是疲劳断口中最为常见的一种类型，其形貌特征类似于海滩
上的波纹状痕迹。这种断口通常出现在高周疲劳断裂中，由于裂纹在扩
展过程中受到反复挤压和摩擦作用而形成。
02
鱼鳞状断口
鱼鳞状断口是另一种常见的疲劳断口类型，其形貌特征类似于鱼鳞状的
层状结构。这种断口通常出现在低周疲劳断裂中，与材料的塑性变形和
2023
PART 03
疲劳断裂特征
rN r （N 持久疲劳极限 ND )
由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0 及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞。
于是有
m rN
N
m r
N0
C
rN
r m
N0 N
m
N
r rN
3.1 疲劳断裂特征
一、应力的种类
静应力: σ=常数 变应力: σ随时间变化
平均应力:
m
max min
2
应力幅:
a
max min
2
变应力的循环特性:
σ
-1 ——对称循环变应力
r min = max
0 +1
——脉动循环变应力 ——静应力
Ｏ
静应力是变应力的特例
当应力点落在ABES以外时，一定会发生疲劳破坏。
而正好落在ABE折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。
公式 1 a m 中的参数ψσ为试件受循环弯曲应力时的材料常
数，其值由试验及下式决定
2 1 0 0
对于碳钢，ψσ≈0.1～ 0.2，对于合金钢，ψσ≈0.2～0.3。
坏。
CD区间——有限疲劳寿命阶段 D点之后——无限疲劳寿命阶段
高周疲劳
有关疲劳曲线说明
1、循环基数N0 与材料性质有关，硬度愈高，循环基数愈大。
对于钢，若硬度350HB，取N0=106~107；350HB，取N0=10×107~25 × 107
一般在计算KN时取N0=107
有色金属N0=25 × 107
疲劳断裂的断口特征
疲劳断裂的断口特征
疲劳断裂的断口特征一般有以下几点：
1、断口两侧，断面往往显示“凸片”状，即断口处物体两端向中心高度增加，断面有锥形；
2、断口的内角棱角出现明显的微粗糙，或者明显的细毛状和钩状；
3、断口多数是突起性的，且往往呈滑刃状；
4、断口有沿断面纵向痕迹，称为疲劳痕迹；
5、断口周围边缘有断口缠芯，或钝边缘，或有断口状破片；
6、磨酸测试显示，断口上有微小淬硬区，或有高温区；
7、断口周围往往有明显的弹塑效应，断口往往缩小；
8、断口上结晶方向发生变化，称为结晶析变；
9、断口的开口大小变化很大，明显大于普通裂纹的断口开口；
10、断口多呈紫色或暗色变化。
疲劳与断裂1.4疲劳断口宏观特征
疲劳与断裂
土木工程与力学学院
1.4疲劳断口宏观特征
这是某飞机机轮铸造镁合金轮毂的疲劳断口照片，从中可以看到疲劳破坏断口的一些宏观特征。
特点一：有裂纹源、疲劳裂纹扩展区和最后的瞬时断裂区三个部分。
裂纹源：
瞬时断裂区：
裂纹扩展区：
疲劳裂纹最早萌生的地方。
瞬间断裂形成的新鲜断面；
紧邻瞬时断裂区；
特点二：裂纹扩展区断面较光滑平整，通常可见“海滩条带”，有腐蚀痕迹。
在裂纹扩展过程中，上下裂纹表面之间不
断地张开、闭合，相互摩擦；
在环境氧化或其他腐蚀介质侵蚀下，裂纹
扩展区常常还会留有腐蚀痕迹。
在环境氧化或其他腐蚀介质侵蚀下，裂纹
扩展区常常还会留有腐蚀痕迹。
特点三：裂纹源通常位于高应力或高应变的局部。
裂纹源一般是一个，也可以有多个。
裂纹
起源于高应力区，而高应力区通常在材料表
面（几何突变）或者夹杂、空隙等缺陷处。
特点四：没有明显的塑性变形。
将发生疲劳断裂破坏后的断口对合在一起，一般都能吻合
得很好。
这表明在疲劳破坏之前，并未发生大的塑性变形。
显
著
区
别这一点是材料发生疲劳破坏与在简单
拉伸条件下发生静强度破坏的
特点四：表面裂纹，一般呈半椭圆形。
起源于表面的裂纹，在循环载荷的作用下，通常沿表面方
向扩展较快，而沿深度方向扩展较慢，从而形成半椭圆形。
表面方向扩展
深度方向
扩展
较快较慢。
热疲劳断裂的主要因素和裂纹特征
热疲劳断裂的主要因素和裂纹特征断裂失效分析(4)钟培道(北京航空材料研究院,北京100095)5.3 疲劳断裂失效分析疲劳断裂失效分析的内容包括:分析判断零件的断裂失效是否属于疲劳断裂与疲劳断裂的类别;引起疲劳断裂的载荷类型与大小以及疲劳断裂的起源等。
疲劳断裂失效分析的目的则是找出引起疲劳断裂的确切原因,从而为防止同类疲劳断裂失效再次出现所要采取的措施提供依据。
5.3.1 疲劳断裂的宏观分析典型的疲劳断口按照断裂过程的先后有三个明显的特征区,即疲劳源区、扩展区和瞬断区,见图12。
图12 疲劳断口的宏观特征在一般情况下,通过宏观分析即可大致判明该断口是否属于疲劳断裂、断裂源区的位置、裂纹的扩展方向以及载荷的类型。
(1)疲劳断裂源区的宏观特征及位置的判别宏观上所说的疲劳源区包括裂纹的萌生与第一阶段扩展区。
疲劳源区一般位于零件的表面或亚表面的应力集中处,由于疲劳源区暴露于空气与介质中的时间最长,裂纹扩展速率较慢,经过反复张开与闭合的磨损,同时在不同高度起始的裂纹在扩展中相遇,汇合形成辐射状台阶或条纹。
因此,疲劳源区一般具有如下宏观特征:①氧化或腐蚀较重,颜色较深;②断面平坦、光滑、细密,有些断口可见到闪光的小刻面;③有向外辐射的放射台阶或放射状条纹;④在源区虽看不到疲劳弧线,但有向外发射疲劳弧线的中心。
有时疲劳源区不只一个,在存在多个源区的情况下,需要找出疲劳断裂的主源区。
(2)疲劳断裂扩展区的宏观特征该区断面较平坦,与主应力相垂直,颜色介于源区与瞬断区之间,疲劳断裂扩展阶段留在断口上最基本的宏观特征是疲劳弧线(又称海滩花样或贝壳花样)见图13。
图13 疲劳弧线(3)瞬时断裂区的宏观特征疲劳裂纹扩展至临界尺寸(即零件剩余截面不足以承受外载时的尺寸)后发生失稳快速破断,称为瞬时断裂。
断口上对应的区域简称瞬断区,其宏观特征与带尖缺口一次性断裂的断口相近。
5.3.2 疲劳断口的微观分析疲劳断裂的微观分析必须建立在宏观分析的基础上,它是宏观分析的继续和深化。
橡胶疲劳断裂形态
橡胶疲劳断裂形态橡胶是一种具有优异机械性能和耐磨耐腐蚀特性的弹性材料，广泛应用于各个领域。
然而，在长期使用过程中，橡胶材料可能会出现疲劳断裂现象。
疲劳断裂是指材料在受到重复加载作用下，由于应力集中和损伤累积，最终导致断裂失效。
橡胶疲劳断裂形态多种多样，常见的有裂纹扩展型、剪切型和磨损型。
下面将详细介绍这些形态。
裂纹扩展型是指在橡胶材料中出现裂纹，并随着加载次数的增加逐渐扩展。
这种疲劳断裂形态常见于高应力和高应变下的橡胶材料，如橡胶密封件和橡胶弹簧等。
裂纹扩展型的疲劳断裂通常呈现出断裂口较为平整和光滑的特点，裂纹呈尖锐形状，断裂面较为干净。
裂纹扩展型的疲劳断裂是由于材料内部的微观缺陷和损伤导致的，随着裂纹的扩展，材料的强度逐渐降低，最终导致断裂失效。
剪切型是指在橡胶材料中出现剪切变形，并伴随着裂纹的形成和扩展。
剪切型的疲劳断裂常见于橡胶材料在剪切应力作用下的情况，如橡胶管道和橡胶密封圈等。
剪切型疲劳断裂通常表现为断裂面上有明显的剪切纹路，呈现出类似撕裂的特征。
剪切型疲劳断裂的形成是由于橡胶材料在受到剪切应力作用下，发生内部断裂和相对滑移，造成裂纹的形成和扩展。
磨损型是指橡胶材料在长期使用过程中，由于摩擦和磨损作用，最终导致断裂失效。
磨损型的疲劳断裂常见于橡胶轮胎和橡胶密封件等应用场景。
磨损型疲劳断裂通常表现为断裂面上有明显的磨损痕迹和划痕，呈现出类似磨损的特征。
磨损型疲劳断裂的形成是由于橡胶材料在受到摩擦和磨损作用下，表面逐渐磨损，最终导致断裂失效。
总结起来，橡胶疲劳断裂形态包括裂纹扩展型、剪切型和磨损型。
裂纹扩展型的疲劳断裂主要是由于材料内部的微观缺陷和损伤导致的，呈现出断裂口平整光滑的特点。
剪切型的疲劳断裂主要是由于橡胶材料在受到剪切应力作用下发生内部断裂和相对滑移，呈现出撕裂的特征。
磨损型的疲劳断裂主要是由于橡胶材料在长期使用过程中受到摩擦和磨损作用，表面逐渐磨损，呈现出磨损的特征。
了解橡胶疲劳断裂形态对于预防和控制疲劳断裂失效具有重要意义。
金属裂缝类型
金属裂缝类型
金属裂纹是金属材料中常见的一种缺陷，它具有破坏性并可能
导致结构的失效。
了解不同类型的金属裂纹对于材料工程师和检测
人员来说至关重要。
本文将介绍一些常见的金属裂纹类型。
疲劳裂纹
疲劳裂纹是由于金属材料长期受到振动、循环加载或应力集中
等作用而引起的裂纹。
这种裂纹通常在构件的表面或靠近应力集中
区域形成。
疲劳裂纹的特征是呈现出沿着金属晶粒方向延伸的纹理。
应力腐蚀裂纹
应力腐蚀裂纹是由于金属材料同时受到应力和腐蚀介质的作用
而引起的裂纹。
这种裂纹常见于在腐蚀环境中工作的金属结构，特
别是在高温和高湿度条件下。
应力腐蚀裂纹的特征是呈现出深而狭
长的形状。
冲击裂纹
冲击裂纹是由于金属材料突然遭受高能量冲击而引起的裂纹。
这种裂纹通常在金属构件的表面或受冲击的部位形成。
冲击裂纹的特征是呈现出不规则的形状和粗糙的边缘。
氢脆裂纹
氢脆裂纹是由于金属材料在含有氢气的环境中暴露而引起的裂纹。
这种裂纹通常发生在高强度钢和有限合金钢等材料中。
氢脆裂纹的特征是呈现出沿着晶界方向延伸的纹理。
以上是一些常见的金属裂纹类型。
了解这些裂纹类型的特征和成因可以帮助我们更好地预防和处理金属材料的裂纹问题。