疲劳断口的宏观形貌特征.pdf

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疲劳断口的宏观形貌特征目录疲劳断口的观察方法疲劳断口的宏观形貌特征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( )准解理断裂(3)韧窝断裂(4)沿晶断裂(5)疲劳断裂(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。裂机理,所以对断的观察和研究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、扩展信息、临界裂纹尺寸、破坏载荷等,是疲劳失效分析的重要依据。疲劳断口分析的实验基础:断口的宏观形貌特征对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。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40 x以下)观察总体形貌特征,定性分析。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)裂纹临界尺寸?(扩展区大小)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40 x以上)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。断口的宏观形貌特征观察方法:按照观察工具的不同,可以大致分为三类:肉眼或者放大镜观察o 肉眼或者放大镜观察110 xo 使用金相显微镜观察101000 xo 使用电子显微镜观察1000 x以上断口的微观结构特征疲劳断口的观察方法观察工具和能观察到的对象:肉肉放大镜放大镜金相微镜金相微镜电微镜电微镜观察工具观察工具肉肉眼、眼、放大镜放大镜金相金相显显微镜微镜电电子显子显微镜微镜放大倍数110 x101000 x1000 x以上放大倍数1 10 x10 1000 x1000 x以上观察对象宏观断口、海滩条带裂纹源、滑移、夹杂、缺陷条纹、微解理、微孔聚合例图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: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:断口的宏观形貌特征疲劳断口脆性断口塑性断口疲劳断口的宏观形貌特征疲劳断口的宏观形貌分为三个区:分为三个区:o 疲劳源(源区)o 裂纹扩展区(扩展区)o 最后断裂区(瞬断区)最后断裂区(瞬断区)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,可能疲劳源区是疲劳裂纹的萌生地,该区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,可能疲劳源区是疲劳裂纹的萌生地,该区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裂纹萌生的原因疲劳裂纹萌生的原因:o 裂纹构件结构形状不合理:截面突变、拐角、缺口等;o 构件表面的晶粒粗大等组织缺陷,或者表面存在切削刀痕或划伤等工艺缺陷;若在材料的内部存在严重的冶金缺陷如夹渣疏松时疲劳源也可能在此处产生o 若在材料的内部存在严重的冶金缺陷如夹渣、疏松时疲劳源也可能在此处产生。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,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,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将疲劳破坏的断对合在起,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。塑性断口疲劳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,扩展区为单向曲断口形貌有对称的特征,判为向曲和瞬断区,判断为单向弯曲载荷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断口边缘存在棘轮状标志,说明边缘处存在应力集中
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