疲劳断口的宏观形貌特征
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1 疲劳断口的形貌特征疲劳断口是指金属材料或零构件在疲劳断裂过程中形成的一种匹配的表面,称断裂面或断口。
分析它的目的在于确定零构件是否属于疲劳破坏?其破坏的原因是什么?从而提出防止事故的措施和方法,为今后的设计、选材以及加工等问题提出改进意见。
对断口的形貌进行分析包括两个方面,即宏观断口分析和微观断口分析。
所谓宏观分析是指用肉眼或20—30倍以下放大镜观察断口的形貌特征。
微观分析是指用光学显微镜或电子显微镜对断口进行分析。
宏观分析不要求专门设备,被观察断口尺寸不受限制,可以观察断件和断口全貌,了解各个方面变化情况,所以说宏观分析是断口分析的基础。
微观分析是用高倍的光学显微镜、c透射电镜,扫描电镜对断口进行分析,能观察断口的精细结构及裂纹形态。
1.1 疲劳断口宏观特征由于零构件经常承受拉、压、弯、扭或复合应力的作用,因载荷类型不同,在宏观断口上表现出的形貌特征也不相同。
(1)弯曲应力作用下的疲劳断口图1-2是在弯曲疲劳载荷作用下的断口示意图。
零件在弯曲疲劳载荷作用下,其表面应力最大,中心应力最小,疲劳源首先在表面形成,然后沿着与最大正应力相垂直方向扩展,到最后瞬断。
图中(a)是单向弯曲疲劳断口,它的疲劳源首先在受拉应力一侧表面形成,瞬断区在疲劳源相对侧,其面积大小由材料抗拉强度和外加载荷的大小来决定。
图中(b)是双向弯曲疲劳断口,由于双向弯曲,试件上下两侧交替承受拉应力作用,故疲劳源在相对两侧面形成,瞬断区在中间。
图1-3是轴在旋转弯曲应力作用下的疲劳断口示意图,由于旋转弯曲应力也是表面最大,中心最小,疲劳源也开始于表面,且疲劳源两侧裂纹发展速度较中心快,故贝纹线比较扁平。
最终瞬断区虽然也在疲劳源对面,但总是相对于轴的旋转方向逆偏转一个角度,此种现象称为偏转现象。
因此,从疲劳源与瞬断区的相对位置便能推知轴的旋转方向。
轴上有无应力集中及应力集中大小,其最终瞬断区的位置是不同的。
若应力集中较小时,疲劳源只在一处发生,最终瞬断区在疲劳源相对应的一侧。
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。
在日常质量整改过程中,往往会看到一些损坏零件的断口,一些技术人员缺乏“读懂”它的经验,不能从它的断口处判断其断裂原因。
本文仅就疲劳断面如何判断作一介绍,希望能对您有所帮助!金属疲节断口的夫现形状特征...................... 疲劳師白恒函了產福昶輛薪看籬:毛轩很多斷裂営恳■具宵明星区别了其他任何性质斯蟄的断口耳溺特饪.苟过些特征又哥林料■性质.应力畑巫力太八政讣境肉幸鬧員观向•因归对披羽浙匚守折杲说霁站过程、分祈疫劳失效愿因旳重要方法©「-卜典型的波茹阡口往往由匿苏裂滾海区、瘦苛裂纹扩展EK和蜿时斷裂区三宀都分组戍,貝有次型的“員査“状或嚼滩壮诈纹的特征,这和将征给朗九鼓的鉴钊工乍討玉了根大的利砒°h疲苦裂纯源区菽劳裂纹源区是疲苛裂纹萌生您策卿L裁苇破坏的起區多处于桶T旳義峦源区的断口刑醐倉載情况F比较平坦、出死,且呈半圆形取半桅园形,同芮裂纹庄源區内的扩展直举煖慢,裂级表面受反貝侪压•挛帯次数多,所以莽断口较算他两个区灵为平坦.册光亮*右整/断口上与其他两个区相汁,痰劳裂纹诵区所白的面积最/扎当表面承受足蒼高赠余压应力或材科内部存古严重的冶金册色时,裂纹源则向次表面或机件内郃移就有时在疲育断口上世会出现多个裂纹瘪每卜瓯区所占面袄往住比单怡源区小.源区斷口持伍不 -定都具有孵个源区那祥典型的fm.裂纹源的數目取决于删的性债、机件的应力犹态以廉交变敷局吠呪等■:辭,礙力集中系数越大,台义应力挖禹巴址滾旁湍旳数匕就擾织婀iu玻专師」二常自〔T悝二K同忙胃讯疙针承址涉己、当壽替丧血疗在某裘勰时I则零杵无寂劳裂纹萌生期,疲劳裂级在交变載荷作用下直按由该袞裂纹艰邹冋纵猱扛展,这盯断口上不再岀现疲劳餌只有製纹扌二展区和孵时断段尻・2.技劳农纹扩廣区疲育裂纹扩展区是疲右裂纹形应后裂纹沁扩展形戍旳区域.该区是判断疲劳断裂旳最車昨征区域.其基本廿辻是呈现贝壳伏样丈注游伯三I是以技劳源区为中心.与裂纹扩展方问棉口兰旳呈半圆知云显十泊5占我•乂怖烧劳弘并斤节%幼乍秤汙广尺寸样中.其片端妁应冇大小和犬态发生变化巧苻断殽向上悄下的单件克形的扃啟贝纹花嘩是由我荷吏动弓|起的,囚天机器运转时不可戲免丸常有启动.停配隅然过载罕均可田下塑性变形的痕迹•贝纹线(疲劳亚线)•见纹驾的喟浙衷药仅与林料的性质有关.而且与介质情况. 温展条牛尊有关.材绍的塑•性好.医度玉百腐烛介贯存左时,则弘线滙版所以•这种弧线符征总是出现衽实际机件的预劳斷口中.市在实验堂的试年疲芜断=1 口很建看到明显的贝纹纷此对疲劳斷口表面由于多次反冥压缩帀孳按使该区变得光湫呈钿晶肚有盯苕至比洁得像溺状结澀h —飛贝纹线常见于低应力高周战劳断门中,丽低周疲劳幻I许多高强麦钢.衣存扶牛观察不列北科皿纹状的推进线。
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
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。
特征:1)疲劳载荷是交变负荷,载荷随时间而交变(应力波形、应力大小、应力大小),形式多样,有三种基本形式:反向载荷、单向载荷和单向导前载荷;2)构件疲劳断裂是在负荷经多次(如几十次或几百万次)循环以后才发生的,有低周疲劳和高周疲劳之分;3)疲劳起源点往往出现在最大拉应力处,疲劳破坏只可能在有使材料分离扯开的交变拉伸(或挤压)和交变剪切应力的情况下出现,交变的纯压缩载荷不会出现疲劳破坏,压应力使裂纹闭合而不会使裂纹扩展;4)疲劳断裂与其它一次载荷断裂不同,是一种累进式的断裂,与其它形式断裂过程一样,经历裂纹萌生、疲劳裂纹稳定扩展和快速断裂三个过程。
5)疲劳断裂在断口附件没有宏观的塑性变形,微观认识上,高周疲劳应力标称是弹性的,构件在破坏之前仅发生极小的总变形,而低周疲劳应力往往大到足以使每个循环周期产生可观的塑性变形。
判据:常根据微观形态的疲劳辉纹和轮胎压痕进行判断,即在未知断口上,如能观察到这两种微观特征形貌的任一种,就可判断该断口为疲劳断口。
根据疲劳断口的宏观形态和微观形态进行判断。
宏观形态:三个明显特征区:1)疲劳源区:一般较平整和光滑,源区越多,反映外加应力越高,应力集中位置越多或应力集中系数越大,多源断口的源区存在台阶,比较粗糙;2)裂纹扩展区:常形成海滩花样或贝壳花样,出现疲劳弧线,疲劳源位于疲劳弧线凹的一方;3)快速断裂区:视材料塑性显示韧性断裂斜断口或脆性断裂平断口。
疲劳断口微观形态:1)疲劳辉纹:一系列相互平行的条纹,略带弯曲,呈波浪状,并与裂纹扩展方向相垂直,每一条辉纹表示该循环下疲劳裂纹扩展前沿在前进过程中瞬时微观位置,辉纹的数目与载荷循环次数相等。
断裂三阶段的疲劳辉纹略有差异,从疲劳源区到终断区依次是弱波浪条纹、细条纹和深条纹。
2)轮胎压痕:。
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。
收藏【技术类】金属疲劳断口的宏现形状特征(2011—1-21 13:38:36)疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹,记录了很多断裂信息。
具有明显区别于其他任何性质断裂的断口形貌特征,而这些特征又受材料性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响,因此对疲劳断口分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的重要方法。
一个典型的疲劳断口往往由疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区三个部分组成,具有典型的“贝壳”状或“海滩”状条纹的特征,这种特征给疲劳失效的鉴别工作带来了极大的帮助.1、疲劳裂纹源区疲劳裂纹源区是疲劳裂纹萌生的策源地,是疲劳破坏的起点,多处于机件的表面,源区的断口形貌多数情况下比较平坦、光亮,且呈半圆形或半椭圆形。
因为裂纹在源区内的扩展速率缓慢,裂纹表面受反复挤压、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,疲劳裂纹源区所占的面积最小。
当表面承受足够高的残余压应力或材料内部存在严重的冶金缺陷时,裂纹源则向次表面或机件内部移动。
有时在疲劳断口上也会出现多个裂纹源,每个源区所占面积往往比单个源区小,源区断口特征不一定都具有像单个源区那样典型的形貌.裂纹源的数目取决于材料的性质、机件的应力状态以及交变载荷状况等。
通常,应力集中系数越大,名义应力越高,出现疲劳源的数目就越多,如低周疲劳断口上常有几个位于不同位置的疲劳裂纹源区。
当零件表面存在某类裂纹时,则零件无疲劳裂纹萌生期,疲劳裂纹在交变载荷作用下直接由该类裂纹根部向纵深扩展,这时断口上不再出现疲劳源区,只有裂纹扩展区和瞬时断裂区。
2、疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区是疲劳裂纹形成后裂纹慢速扩展形成的区域,该区是判断疲劳断裂的最重要特征区域,其基本特征是呈现贝壳花样或海滩花样,它是以疲劳源区为中心,与裂纹扩展方向相垂直的呈半圆形或扇形的弧形线,又称疲劳弧线。
疲劳弧线是裂纹扩展过程中,其顶端的应力大小或状态发生变化时,在断裂面上留下的塑性变形的痕迹。
在日常质量整改过程中,往往会看到一些损坏零件的断口,一些技术人员缺乏“读懂”它的经验,不能从它的断口处判断其断裂原因。
本文仅就疲劳断面如何判断作一介绍,希望能对您有所帮助!
要点:
疲劳宏观断口的特征(见下图)
断口拥有三个形貌不同的区域:疲劳源、疲劳区、瞬断区。
随材质、应力状态的不同,三个区的大小和位置不同。
(表5-1)
1、疲劳源
裂纹的萌生地;裂纹处在亚稳扩展过程中。
由于应力交变,断面摩擦而光亮。
加工硬化。
随应力状态及应力大小的不同,可有一个或几个疲劳源。
2、疲劳区(贝纹区)
断面比较光滑,并分布有贝纹线。
循环应力低,材料韧性好,疲劳区大,贝纹线细、明显。
有时在疲劳区的后部,还可看到沿扩展方向的疲劳台阶(高应力作用)。
3、瞬断区
一般在疲劳源的对侧。
脆性材料为结晶状断口;
韧性材料有放射状纹理,边缘为剪切唇。