断口分析5疲劳断裂
螺栓断口失效分析
1、解理断裂（大多数情况下为脆性断裂）2、剪切断裂1、静载断裂（拉伸断裂、扭转断裂）2、冲击断裂3、疲劳断裂1、低温冷脆断裂2、静载延滞断裂（静载断裂）3、应力腐蚀断裂4、氢脆断裂断口微观形貌（图3/4/5/6），断口呈脆性特征，表面微观形貌为冰糖状沿晶断裂，芯部为沿晶+准解理断裂，在断裂的晶面上有细小的发纹状形貌。
结论：零件为沿晶断裂的脆性断口。
断口呈脆性特征，表面微观形貌沿晶断裂，芯部为准解理断裂；终断区（图4）微观为丝状韧窝形貌，为最终撕裂区结论：断口为脆性断裂宏观断口无缩颈现象且微观组织多处存在剪切韧窝形貌，为剪切过载断裂断口。
综上分析：零件为氢脆导致的断裂，氢进入钢后常沿晶界处聚集，导致晶界催化，形成沿晶裂纹并扩展，导致断面承载能力较弱，最终超过其承载极限导致断裂典型氢脆断口的宏观形貌如右图所示：氢脆又称氢致断裂失效是由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力持续作用下导致的失效。
氢脆多发生于螺纹牙底或头部与杆部过渡位置等应力集中处。
断口附近无明显塑性变形，断口平齐，结构粗糙，氢脆断裂区呈结晶颗粒状，一般可见放射棱线。
色泽亮灰，断面干净，无腐蚀产物。
应力腐蚀也属于静载延滞断裂，其断口宏观形貌与一般的脆性断口相似，断口平齐而光亮，且与正应力相垂直，断口上常有人字纹或放射花样。
裂纹源区、扩展区通常色泽暗灰，伴有腐蚀产物或点蚀坑，离裂纹源区越近，腐蚀产物越多。
应力腐蚀断面最显著宏观形貌特征是裂纹源表面存在腐蚀介质成分贝纹线是疲劳断口最突出的宏观形貌特征，是鉴别疲劳断口的重要宏观依据。
如果在宏观上观察到贝壳状条纹时，在微观上观察到疲劳辉纹，可以判别这个断口属于疲劳断口。
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是一种材料在受到循环加载时发生的断裂现象。
这种断裂是由于材料在受到循环加载过程中，经历了一系列的应力循环，导致材料内部微观缺陷的逐渐扩展和聚集，最终导致断裂的发生。
低周疲劳断裂的断口特征是研究这种断裂现象的重要手段之一。
低周疲劳断裂的断口特征可以通过断口形貌、断口表面的微观特征和断口区域的化学成分等来进行分析。
首先，断口形貌是低周疲劳断裂的一个重要特征。
在裂纹扩展的过程中，断口表面通常呈现出一定的形状，例如河谷状、韧突状、疲劳带状等。
河谷状断口是指断裂面上呈现出一系列河流状的凹槽，这是由于疲劳断裂过程中断裂面上的裂纹逐渐扩展形成的。
韧突状断口是指断裂面上呈现出一系列韧突状的突起，这是由于材料在受到疲劳加载时发生局部塑性变形形成的。
疲劳带状断口是指断裂面上呈现出一系列平行的疲劳带，这是由于疲劳裂纹在扩展过程中产生的。
其次，断口表面的微观特征也是低周疲劳断裂的一个重要特征。
断口表面通常呈现出一定的粗糙度，这是由于断裂过程中断裂面上的微观缺陷的逐渐扩展形成的。
断裂面上还可能存在一些微小的裂纹、氧化物和碎裂的微观颗粒等。
这些微观特征的存在可以提供一定的断裂机制的信息。
最后，断口区域的化学成分也可以提供一定的断裂机制的信息。
断口区域的化学成分可以通过扫描电子显微镜和能谱仪等设备进行分析。
通过分析断口区域的化学成分，可以了解材料的化学组成以及可能的杂质和缺陷等。
综上所述，低周疲劳断裂的断口特征可以通过断口形貌、断口表面的微观特征和断口区域的化学成分等来进行分析。
这些特征可以为研究低周疲劳断裂的机理提供重要的参考和依据。
通过对断口特征的分析，可以进一步了解低周疲劳断裂的机理，从而为材料的设计和使用提供指导。
材料断口分析第6章-疲劳断裂
§1 引言 §2 疲劳裂纹的萌生与扩展 §3 疲劳断口形貌特征 §4 影响疲劳断口形貌的因素 §5 腐蚀疲劳
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§1 引言
1、定义: 由于交变应力或循环载荷所引起的低应力脆断。 在所有的损坏中，疲劳断裂的比例最高，约占70%
2、类型:依负载和环境条件的不同，分为五类： 高周疲劳：材料在低应力（σ＜σ0.2）的作用下而寿命较高
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锯齿形断口
棘轮花样
67
3、瞬断区
形貌：具有断口三要素（放射区、剪切唇）的特征 对于塑性材料，断口为纤维状、暗灰色 对于脆性材料，断口为结晶状
位置：自由表面 断面中心 非对称（次表面）
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瞬断区面积越大，越靠近中心部位，工件过载程度越大 瞬断区面积越小，越靠近 边缘，工件过载程度越小
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二、疲劳断口显微形貌特征
疲劳辉纹 1、定义：在光学显微镜、SEM或TEM下观察疲劳断口时，断口上细
小的、相互平行的具有规则间距的，与裂纹扩展方向垂直 的显微特征条纹
疲劳辉纹与疲劳条纹（贝纹线）的区别：
贝纹线是宏观特征线，因交变应力幅度变化或载荷停歇等造成的 辉纹是显微特征线，是一次交变应力循环裂纹尖端塑性钝化形成的
铝合金疲劳辉纹
（Nf ＞ 105）的疲劳 低周疲劳：材料在反复变化的大应力或大应变作用下，使材
料的局部应力往往超过σ0.2 ，在断裂过程中产 生较大塑性变形，是一种短寿命（Nf ＜ 102 — 105）的疲劳
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接触疲劳：材料在较高接触压应力的作用下，经过多次应力 循环后，其接触面的局部区域产生小片或小块金 属剥落，形成麻点或凹坑，导致材料失效的现象
▲工程构件对疲劳抗力比对静载荷要敏感得多。其疲劳抗力不仅取 决于材料本身特性，而且与其形状、尺寸、表面质量、服役条件 环境等密切相关
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。
金属断口机理及分析
名词解释延性断裂：金属材料在过载负荷的作用下，局部发生明显的宏观塑性变形后断裂。
蠕变：金属长时间在恒应力，恒温作用下，慢慢产生塑性变形的现象。
准解理断裂：断口形态与解理断口相似，但具有较大塑性变形〔变形量大于解理断裂、小于延性断裂〕是一种脆性穿晶断口沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展的方式发生的断裂。
解理断裂：在正应力作用下沿解理面发生的穿晶脆断。
应力腐蚀断裂：拉应力和腐蚀介质联合作用的低应力脆断疲劳辉纹：显微观察疲劳断口时，断口上细小的，相互平行的具有规则间距的，与裂纹扩展方向垂直的显微条纹。
正断：断面取向与最大正应力相垂直〔解理断裂、平面应变条件下的断裂〕韧性：材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小，是材料强度和塑性的综合反映。
冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的面积。
位向腐蚀坑技术：利用材料腐蚀后的几何形状与晶面指数之间的关系研究晶体取向，分析断裂机理或断裂过程。
河流把戏：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组成的条纹。
其形状类似地图上的河流。
断口萃取复型：利用AC纸将断口上夹杂物或第二相质点萃取下来做电子衍射分析确定这些质点的晶体构造。
氢脆：金属材料由于受到含氢气氛的作用而引起的低应力脆断。
卵形韧窝：大韧窝在长大过程中与小韧窝交截产生的。
等轴韧窝：拉伸正应力作用下形成的圆形微坑。
均匀分布于断口外表，显微洞孔沿空间三维方向均匀长大。
第一章断裂的分类及特点1.根据宏观现象分：脆性断裂和延伸断裂。
脆性断裂裂纹源：材料外表、内部的缺陷、微裂纹；断口：平齐、与正应力相垂直，人字纹或放射花纹。
延性断裂裂纹源：孔穴的形成和合并;断口：三区，无光泽的纤维状，剪切面断裂、与拉伸轴线成45º .2.根据断裂扩展途分：穿晶断裂与沿晶断裂。
穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部、可能为脆性断裂也可能是延性断裂；沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，多属脆断。
应力腐蚀断口，氢脆断口。
3根据微观断裂的机制上分：韧窝、解理〔及准解理〕、沿晶和疲劳断裂4根据断面的宏观取向与最大正应力的交角分：正断、切断正断：断面取向与最大正应力相垂直〔解理断裂、平面应变条件下的断裂〕切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45º交角〔平面应力条件下的撕裂〕根据裂纹尖端应力分布的不同，主要可分为三类裂纹变形：裂纹张开型、边缘滑开型〔正向滑开型〕、侧向滑开型〔撒开型〕裂纹尺寸与断裂强度的关系Kic：材料的断裂韧性，反映材料抗脆性断裂的物理常量〔不同于应力强度因子，与K准则相似〕：断裂应力〔剩余强度〕 a ：裂纹深度〔长度〕Y：形状系数〔与试样几何形状、载荷条件、裂纹位置有关〕脆性材料K准则：KI是由载荷及裂纹体的形状和尺寸决定的量，是表征裂纹尖端应力场强度的计算量；KIC是材料固有的机械性能参量，是表示材料抵抗脆断能力的试验量第二章裂纹源位置的判别方法：T型法〔脆断判别主裂纹〕，分差法〔脆断判别主裂纹〕，变形法〔韧断判别主裂纹〕，氧化法〔环境断裂判别主裂纹〕，贝纹线法〔适用于疲劳断裂判别主裂纹〕。
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％。
2
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。
断口分析报告
断口分析报告1. 背景断口分析是一种通过观察和研究材料的断口特征，以了解材料断裂的原因和性质的方法。
断口分析在材料科学、工程和事故调查等领域都有广泛的应用。
本报告旨在对某一断口进行分析，以确定断裂原因并提供相关建议。
2. 断口特征通过对断口的观察，我们可以得出以下一些断口特征：2.1 断裂模式根据断裂的形态和特征，我们可以将断裂模式分为以下几种类型：•韧性断裂：断口较为平整，可见一些拉伸痕迹。
•脆性断裂：断口光滑，没有明显的变形或拉伸痕迹。
•疲劳断裂：断裂面呈现出扇形状的纹理，通常伴随着细小的裂纹。
2.2 断口形貌根据断口的形貌，我们可以得到以下一些关键信息：•断口表面的平整程度，可以判断材料的韧性。
•断口表面的颜色和气泡，可以了解材料的杂质含量和成分。
•断口表面的纹理和条纹，可以用于判断断裂过程中的应力分布和应力集中。
2.3 断口特征的意义通过对断口特征的分析，我们可以初步判断断裂原因、材料的性能和失效机制。
断口特征的意义如下：•韧性断口表明材料具有较好的韧性和延展性。
•脆性断口表明材料可能存在缺陷或材料本身较脆性。
•疲劳断裂表明材料长期受到了交变载荷的影响，可能需要进行疲劳寿命的评估。
3. 断裂原因分析基于对断口特征的观察和分析，我们进行进一步的断裂原因分析。
断裂原因分为以下几个方面：3.1 材料缺陷材料缺陷是引起断裂的常见原因之一。
缺陷可以存在于材料的制备、成型和使用过程中。
常见的材料缺陷包括：气孔、夹杂物、夹层等。
通过观察断口特征，我们可以判断是否存在明显的材料缺陷。
3.2 施加载荷材料在受到外部力的作用下可能会发生断裂。
施加在材料上的载荷可能包括拉力、压力、剪切力等。
通过观察断口形貌和纹理，我们可以初步判断受力方向和载荷大小。
3.3 环境因素环境因素也可能对材料的断裂起到一定的影响。
例如，高温、湿度、腐蚀等环境条件可能导致材料的性能变化和失效。
通过分析断口的颜色、气泡等特征，我们可以初步判断是否存在环境因素导致的断裂。
金属材料断口分析-精彩部分
断口分析总结
1 断口微观分析 系统介绍：
2 1,解理与准解 理;
3 2,剪切断裂;
4 3,疲劳断裂;
4,晶间断裂
5等 断口的一般 特征
解理与准解理断裂的断口具有以下之一 的重要特征----解理部分：
解理与准解理断裂的断口具有以下之一 的重要特征----准解理部分：
剪切断裂断口的一般特征
下面介绍：
01
断口微观分析的
系统说明：
02
1解理与准解理;
03
2剪切断裂;
04
3疲劳断裂;
05
4晶间断裂等
断口特征
有关断口分析的 基本概念介绍--10; 冲击断口的宏观 形貌及示意图
V缺口试样
断口
示意图
有关断口分 析的基本概 念介绍---11;
带有中央切口板 试样的反复交变 拉伸的疲劳断口
有关断口分析的基本概念 介绍---12; 弯曲与旋转弯曲疲劳断口
a, Ⅰ; b, Ⅱ; c, Ⅲ;
平面应变和平面应力时断口 有关断口分析的基本概念介 绍---4;
a,平面应变时的断口,正断 型;
b,平面应力时的断口,切断 型;
屈服区大小沿板厚方向改变的情况（穿透裂纹“哑铃状”） 有关断口分析的基本概念介绍---4;
有关断口分析 的基本概念介 绍---5; 静载荷下光滑 圆试样的拉伸 断口宏观形貌 示意图
有关断口分析的基本概 念介绍---6;
静载荷下缺口拉伸试样 断口宏观形貌示意图
有关断口分析的基 本概念介绍---7; 裂纹不对称扩展的 断口形态示意图
有关断口分 析的基本概 念介绍---8; 矩形拉伸试 样的断口形 貌及示意图
有关断口分析的 基本概念介绍--9;
第5章-疲劳断裂失效分析PPT课件
降低
材料强度
增加
升高
材料塑性
增加
降低
温度
升高
降低
腐蚀介质
强
降低
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4、疲劳断裂对材料缺陷的敏感性
• 金属的疲劳失较具有对材料的各种缺陷均 为敏感的特点。因为疲劳断裂总是起源于 微裂纹处。这些微裂纹有的是材料本身的 冶金缺陷，有的是加工制造过程中留下的， 有的则是使用过程中产生的。
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5.2 疲劳断口形貌及其特征
5.2.1 疲劳断口的宏观特征
1.金属疲劳断口宏观形貌
• 由于疲劳断裂的过程不同于其他断裂，因 而形成了疲劳断裂特有的断口形貌，这是 疲劳断裂分析时的根本依据。
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图5-1 疲劳断口示意图
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• 典型的疲劳断口的宏观形貌结构可分为疲 劳核心、疲劳源区、疲劳裂纹的选择发展 区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五 个区域。一般疲劳断口在宏观上也可粗略 地分为疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时 断裂区三个区域，更粗略地可将其分为疲 劳区和瞬时断裂区两个部分。大多数工程 构件的疲劳断裂断口上一般可观察到三个 区域，因此这一划分更有实际意义。
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图5-10 锯齿状断口形成过程示意图
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图5-11 锯齿状断口
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5.2.3 疲劳断口的微观形貌特征
• 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 。
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焊接容易疲劳断裂分析
焊接容易疲劳断裂分析悬臂梁焊接件从底部断裂，从外观看，断裂位于底板的中间位置，靠近焊缝，断口呈纤维状，暗灰色，没有塑性变形，属于脆性断裂。
初步分析1、从零件结构看，断裂位置位于零件的几何受力中心，此处受到的力矩最大，容易产生开裂。
2、断裂位置靠近焊缝，属于过热区（宽度约1～3mm）；焊接时，它的温度在固相线至1100℃之间，该区域内奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织，塑性和韧度明显下降，容易产生开裂。
3、零件在使用过程中，长期受到变化的外力作用，容易产生疲劳断裂。
<1>疲劳断裂是指金属件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂。
<2>疲劳断裂起源于引起应力集中的微裂纹，并沿特定的晶面扩展、劈开，最终形成宏观上的裂纹。
这些特定的晶面称为解理面。
<3>Q235属于金属，微观上，晶胞与晶胞之间都会有，间距较大、键结合较弱而易于开裂的低指数面（解理面）。
<4>当外力作用下，晶粒内的位错沿滑移面运动，滑移面不平行时，在交叉位置会形成位错塞积，造成应力集中，如不能通过其他方式松弛，就会在易于开裂的低指数面形成初裂纹。
<5>初裂纹很容易在晶粒内部扩展至晶界，造成晶界附近产生很大的应力集中，使相邻晶粒形成新的裂纹源。
<6>当应力足够大的时候，裂纹突破晶界的阻碍，迅速扩展，形成宏观上的金属裂纹。
<7>当合金（Q235也属于合金，铁碳合金）沿晶界析出连续或不连续的脆性相时，或者是当偏析或杂质弱化晶界时，裂纹可能沿晶界扩展，造成沿晶界断裂。
<8>疲劳断裂，断裂前既无宏观塑性变形，又没有其他征兆，并且一断裂后，裂纹扩展迅速，造成整体断裂或很大的裂口。
高等工程力学5疲劳断裂
Wohler曲线测定方法：
用旋转弯曲疲劳试验方法测定。
试样：多个相同的试样。
过程：选择不同的最大循环应力1、 2、…、n分别对每个试样进行循环 加载试验并记录其断裂前的循环周次
N1，N2，…，Nn，然后在直角坐标 图上将这些数据绘制成max－N或 max－lgN曲线，如图5-3所示。
变关系就形成滞后回线，如图5-2所示，这时存在弹性应变e和塑性应变p，其
总应变为
2 e p
(5-5)
图5-2 应力—应变滞后回线示意图
5 疲劳断裂
5.1疲劳断裂现象（续4）
应力疲劳：构件发生的总应变中弹性应变e占主要比例的疲劳。 在应力疲劳中，由于其循环应力一般较低，断裂总循环周次较高，所以这种疲 劳也称为高周疲劳。
c
(5-11)
该式表明材料的总应变幅与疲劳寿命的关系。上式中，若弹性应变幅占主要地
位，则属于应力疲劳范畴；而当塑性应变幅占主要地位时，则属于应变疲劳范畴。
当两种应变幅所占比例相当时则属于混合疲劳问题。
该式对于利用金属材料的基本力学性能指标来估计其疲劳曲线有重要意义。
5 疲劳断裂
5.3疲劳断口形貌特征
5 疲劳断裂
5.2高周疲劳与低周疲劳（续4）
在较高的循环应力的作用下，疲劳寿命为102～105次的疲劳断裂称为低周疲 劳。由于循环应力较高，常超过材料的屈服强度而产生塑性应变，所以，这是一 种在塑性应变循环下引起的疲劳断裂。低周疲劳也称为塑性疲劳或应变疲劳。
应变疲劳的特点：作用的应力较高，循环寿命较短，应力的变动频率一般较低 等。
程具有相似的表达形式，只不过所表示的物理量的内容不同，前者描述应力疲劳，
疲劳断裂过程和断口的特征
疲劳断裂过程和断口的特征
疲劳断裂是材料在反复应用或循环载荷作用下，逐渐累积损伤最终导致破坏的一种现象。
这种断裂过程通常非突发性，而是随着时间推移而缓慢发展。
疲劳断裂的过程大致可以分为三个阶段：裂纹的形成（初始疲劳阶段）、裂纹的扩展以及最终的快速断裂。
1.（裂纹形成阶段：这个阶段发生在材料表面或近表面微小缺陷处，由于循环载荷的作用，这些区域会产生应力集中，并开始形成微裂纹。
这个阶段中，裂纹通常沿着与最大剪切应力方向成45度角的方向扩展，并且裂纹增长速率相对较慢。
2.（裂纹扩展阶段：随着时间的推移和循环次数的增加，裂纹将逐渐扩大。
在宏观上，可以观察到裂纹沿着垂直于施加载荷方向扩展，形成所谓的“疲劳海滩花纹”或“条纹线”，这是由于载荷变化引起的裂纹前进速度不一所致。
此阶段的断口通常比较平坦，有时呈现颗粒状或纤维状特征。
3.（最终断裂阶段：当裂纹达到临界尺寸，剩余截面无法承受应用载荷时，材料将发生快速的断裂。
这个阶段的断口往往呈现出较粗糙的、有剪切唇的特征，这是由于在最后断裂过程中，材料在局部区域经历了较大的塑性变形。
疲劳断口的显著特征包括有起始点或疲劳源区、裂纹扩展区和快速断裂区。
起始点往往是材料表面的缺陷、刻痕或内部夹杂物。
裂纹扩展区可能表现出典型的疲劳辉纹，它们是因裂纹前缘不断前进而在断口面上形成的条带状痕迹。
快速断裂区则显示出过载后的粗糙断口，有时伴有剪切唇。
了解疲劳断裂过程和断口特征对于材料的疲劳寿命预测、结构设计和失效分析具有重要意义。
通过仔细检查断口特征，可以识别出疲劳裂纹的起源，分析裂纹扩展的历史，从而为改进材料性能和预防未来疲劳失败提供依据。
14-02第二章疲劳破坏特征及断口分析
疲劳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。
但并不是所有疲劳断口上都会有疲劳条带出现。 实验室进行的标准试样的等幅疲劳试验很少有 疲劳条带出现。
一般认为其形成与循环载荷的变化、裂纹扩展 忽快忽慢、裂纹扩展不均匀有关。
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循环加载时的滑移：
N=104
N=5 104
N=2.7 105
（多晶体镍恒幅应力循环）
扰动载荷 ⇒应力集中 ⇒滑移带 ⇒驻留滑移带 ⇒微裂纹、扩展 ⇒宏观裂纹、扩展
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挤出脊和侵入沟：
挤出脊和侵入沟是疲劳过程中发生在金属表面的 另一种普遍现象。
滑移的临界分切应力：
滑移在切应力（剪应力）的作用下开动。
分切应力越大，滑移系越容易开动。 cosφcosλ称为取向因子，又称斯米 特（schmid）因子。
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2.2.2 疲劳裂纹萌生机理
早期错误的认识：循环加载时，材料的内部结构 发生了变化，塑性“纤维”结构——脆性“晶体” 结构。
裂纹萌生区域：
裂纹扩展区域：
第一阶段：断口光滑，具有晶体学特征，此外没有明显特征。
第二阶段：疲劳条纹（ striation ）—— 重要特征
滑移带和驻留滑移带
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钢筋断裂特征
钢筋断裂特征一、宏观断口形貌钢筋的宏观断口形貌是描述断裂表面的整体外观特征。
常见的宏观断口形貌包括脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等。
脆性断裂的断口呈结晶状，颜色灰暗，没有明显的塑性变形；韧性断裂的断口呈杯锥状或人字纹状，颜色较鲜亮，有明显的塑性变形；疲劳断裂的断口呈台阶状或贝壳状，颜色较灰暗，有明显的疲劳辉纹。
二、断裂面的颜色与光泽钢筋断裂面的颜色与光泽可以反映其断裂的性质。
一般来说，脆性断裂的断面呈灰黑色，光泽较差；韧性断裂的断面呈亮灰色或银白色，光泽较好；疲劳断裂的断面呈灰白色或深灰色，光泽较差。
三、断裂口的尺度与分布钢筋断裂口的尺度与分布也是其特征之一。
脆性断裂的裂纹一般较为细小，分布较为均匀；韧性断裂的裂纹一般较为粗大，分布不均匀；疲劳断裂的裂纹一般呈周期性分布。
四、断裂源的特征钢筋的断裂源也是其特征之一。
脆性断裂的断裂源一般较为明显，呈一个或多个明显的断裂点；韧性断裂的断裂源一般不太明显，呈一个或多个较为模糊的断裂点；疲劳断裂的断裂源一般位于应力集中的部位，呈一个或多个明显的疲劳辉纹。
五、微观断口形貌钢筋的微观断口形貌是描述其断口表面的微观结构特征。
通过电子显微镜等手段观察微观断口形貌，可以更深入地了解钢筋的断裂性质。
例如，在微观断口形貌中可以观察到韧窝、解理台阶、沿晶断裂等特征，这些特征可以帮助判断钢筋的断裂性质。
六、钢筋的成分与组织钢筋的成分与组织也是其特征之一。
不同成分和组织的钢筋具有不同的力学性能和耐腐蚀性能。
例如，低合金钢和高碳钢的力学性能和耐腐蚀性能就有所不同。
通过分析钢筋的成分和组织，可以更深入地了解其断裂性质和耐腐蚀性能。
七、断裂前的应力状态钢筋在断裂前的应力状态也是其特征之一。
通过分析钢筋在断裂前的应力状态，可以了解其受力情况和应力集中情况，从而更好地预防和减少钢筋的断裂。
例如，在桥梁、高层建筑等大型土木工程中，通过监测钢筋的应力状态和温度变化等参数，可以及时发现和解决潜在的安全隐患。
14-02第二章疲劳破坏特征及断口分析
2.1 宏观断口特征 2.2 疲劳破坏机理 2.3 微观断口特征 2.4 由疲劳断口进行初步失效分析
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2.1.1 疲劳破坏宏观断口特征
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
塑性断口
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2.2.1 金属的塑性变形
金属的塑性 变形方式: 滑移和孪生
滑移：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）和 晶向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动位移的现象。 滑移带：塑性变形的可见标记（金相显微镜）。
铜拉伸试样表面滑移带 500x
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疲劳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。
但并不是所有疲劳断口上都会有疲劳条带出现。 实验室进行的标准试样的等幅疲劳试验很少有 疲劳条带出现。
一般认为其形成与循环载荷的变化、裂纹扩展 忽快忽慢、裂纹扩展不均匀有关。
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疲劳裂 纹成核
扩展至临 界尺寸
断裂 发生
疲劳裂纹的起始或萌生过程，称为裂纹成核，成 核处——裂纹源。
裂纹起源（裂纹源）仍然是由于滑移引起的，表 面或应力集中处的局部某些晶粒中。
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循环加载时的滑移：
材料表面
球铁断口分析范文
球铁断口分析范文首先，我们需要了解球铁的组织结构。
球铁由固溶组织和石墨组织组成。
固溶体主要由铁和一些合金元素构成，具有高强度和硬度；石墨则呈片状或球状分布在固溶体中，具有一定的韧性和可塑性。
球铁的力学性能依赖于固溶体和石墨的相对含量、形态以及其相互作用。
球铁的断口形式多种多样，可以分为脆性断口和韧性断口两类。
脆性断口表现为呈灰白色的光洁面，断口的形貌一般为平直且较光滑，没有明显的塑性变形迹象；韧性断口则表现为呈灰黑色的粗糙面，有着大量的韧性骨架和断裂金属表面上碎的石墨片。
球铁发生断裂的原因很多，下面将就几种常见的断裂原因进行分析。
1.冷脆断口：球铁在低温下易发生冷脆断裂。
冷脆断口的特点是断口呈光洁面，并且一般呈45°角与铸件表面相交。
冷脆断口的形成与材料中的残余应力和低温下的晶格结构有关。
当材料中的残余应力超过其抗拉强度时，在低温下就会出现脆性断裂。
2.碳化物断口：球铁中的碳化物是一种脆性相，当其含量过高时，易使球铁产生碳化物断裂。
碳化物断口的特点是断口呈光洁面，且周围有大量的碳化物析出。
碳化物的主要源于铸件的过分过冷，使得碳元素浓度大于固溶度极限，导致碳元素析出形成碳化物。
3.组织缺陷断口：球铁的组织中存在一些缺陷，如气孔、夹杂物等，这些缺陷会导致球铁在受力时出现应力集中，从而造成断裂。
这种断口的特点是断口周围有大量的气孔或夹杂物，同时断口一般呈光洁面。
4.疲劳断口：在球铁长时间的循环载荷下，会引起材料的疲劳断裂。
疲劳断口的形貌一般呈河流状，且断口表面有明显的疲劳裂纹和塑性波纹。
球铁的疲劳断口形成与材料中的缺陷、应力集中、载荷频率等因素有关。
综上所述，球铁的断口形式多样，每种断口形式都与特定的断裂原因有关。
通过对球铁断口的详细分析，可以帮助我们确定断裂的原因，进而采取有效的措施来预防和解决断裂问题。
值得注意的是，在实际生产中，球铁的断裂往往同时受多种因素的影响，因此需要综合考虑各种可能的原因，并进行相应的改进和优化。
轴疲劳断裂的断口特征
轴疲劳断裂的断口特征1. 轴疲劳断裂概述在我们的日常生活中，轴承和机械零件可谓是默默无闻却又不可或缺的角色。
想象一下，你的汽车、摩托车甚至是洗衣机，里面都有很多这样的轴。
当这些轴在长期的运转中遭遇疲劳，咱们就会面临一个不太妙的事情——轴疲劳断裂。
哎呀，听起来有点儿吓人，但其实这个现象很常见，像吃火锅时冒出的泡泡一样，随时可能出现。
轴疲劳断裂通常是因为长期的重复载荷，像一个老妈子总是催着你做事，结果让你透不过气来，最终撑不住了。
2. 轴疲劳断裂的过程2.1 疲劳的起因说到疲劳，首先得聊聊它的“前因后果”。
其实，轴在使用中总是承受着不同的力量，有时候是大力气，有时候是小细节。
时间一久，这种反复的压力就像是无形的手，慢慢在轴上造成微小的裂纹。
没错，就是那种“滴水穿石”的感觉，虽然看似微不足道，但却能在关键时刻给你个“大惊喜”。
有时候，一根轴就像是一个不愿意承认自己老了的演员，拼命在舞台上演出，结果却在关键时刻“哐当”一声倒下，彻底结束了它的表演生涯。
2.2 断裂的过程当裂纹逐渐扩大，最后就会演变成轴的疲劳断裂。
想象一下，一个人撑着撑着，突然一声“咔嚓”，就像在你最期待的时刻被踢了一脚，整个人懵了。
此时，断口的特征就显得特别重要了。
通常，咱们可以看到一些明显的变化，比如断口的表面粗糙不平，还有一些金属的“肌肉线条”，这可是疲劳断裂的独特标志哦！如果你细心观察，还能发现断口上有像锯齿一样的结构，这叫做“疲劳区”，简直就像在跟你说：“嘿，我经历过很多事情！”3. 断口特征分析3.1 典型特征提到断口特征，我们就得来点儿细致的分析。
疲劳断裂的表面一般会有一条明显的“疲劳带”，这就像是一个战士的勋章，经历过无数的战斗后留下的痕迹。
不同于瞬间断裂留下的光滑表面，疲劳断裂的特点可是要你认真观察的。
那种粗糙和层层叠叠的纹路，让人不禁感慨“岁月不饶人”，每一道纹路都是一次经历，每一处细节都在讲述着它的故事。
3.2 形态与光泽再说说断口的光泽度。