Mitsubishi HC-SF353
疲勞宏觀斷口的特征:疲勞斷裂經歷了裂紋萌生和擴展過程。由于應力水平較低,因此具有較明顯的裂紋萌生和穩態擴展階段,相應的斷口上也顯示出疲勞源、疲勞裂紋擴展區與瞬時斷裂區的特征。
疲勞源是疲勞裂紋萌生的策源地。
位置:多出現在機件表面,常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連。但若材料內部存在嚴重冶金缺陷(夾雜、縮孔、伯析、白點等),也會因局部材料強度降低而在機件內部引發出疲勞源。
特點:因疲勞源區裂紋表面受反復擠壓,摩擦次數多,疲勞源區比較光亮,而且因加工硬化,該區表面硬度會有所提高。
數量:機件疲勞破壞的疲勞源可以是一個,也可以是多個,它與機件的應力狀態及過載程度有關。如單向彎曲疲勞僅產生一個源區,雙向反復彎曲可出現兩個疲勞源。過載程度愈高,名義應力越大,出現疲勞源的數目就越多。
產生順序:若斷口中同時存在幾個疲勞源,可根據每個疲勞區大小、源區的光亮程度確定各疲勞源產生的先后,源區越光亮,相連的疲勞區越大,就越先產生;反之,產生的就晚。
疲勞區是疲勞裂紋亞穩擴展形成的區域。
宏觀特征:斷口較光滑并分布有貝紋線(或海灘花樣),有時還有裂紋擴展臺階。
斷口光滑是疲勞源區的延續,其程度隨裂紋向前擴展逐漸減弱,反映裂紋擴展快饅、擠壓摩擦程度上的差異。
貝紋線——疲勞區的最典型特征。產生原因:一般認為是因載荷變動引起的,因為機器運轉時常有啟動、停歇、偶然過載等,均要在裂紋擴展前沿線留下弧狀貝紋線。
形貌特點:疲勞區的每組貝紋線好像一簇以疲勞源為圓心的平行弧線,凹側指向疲勞源,凸側指向裂紋擴展方向。近疲勞源區貝紋線較細密,表明裂紋擴展較慢;遠離疲勞源區貝紋線較稀疏、粗糙,表明此段裂紋擴展較快。
影響因素:貝紋區的總范圍與過載程度及材料的性質有關。若機件名義應力較高或材料韌性較差,則疲勞區范圍較小,貝紋線不明顯;反之,低名義應力或高韌性材科,疲勞區范圍較大,貝紋線粗且明顯。貝紋線的形狀則由裂紋前沿線各點的擴展速度、載荷類型、過載程度及應力集中等決定。
瞬斷區是裂紋失穩擴展形成的區域。在疲勞亞臨界擴展階段,隨應力循環增加,裂紋不斷增長,當增加到臨界尺寸ac時,裂紋尖端的應力場強度因子KI達到材料斷裂韌性KIc(Kc)時。裂紋就失穩快速擴展,導致機件瞬時斷裂。
瞬斷區的斷口比疲勞區粗糙,宏觀特征如同靜載,隨材料性質而變。
脆性材料斷口呈結晶狀;
韌性材料斷口,在心部平面應變區呈放射狀或人字紋狀,邊緣平面應力區則有剪切唇區存在。
位置:瞬斷區一般應在疲勞源對側。但對旋轉彎曲來說,低名義應力時,瞬斷區位置逆旋轉方向偏轉一角度;高名義應力時,多個疲勞源同時從表面向內擴展,使瞬斷區移向中心位置。
大小:瞬斷區大小與機件承受名義應力及材料性質有關,高名義應力或低韌性材科,瞬斷區大;反之。瞬斷區則小。