14-02第二章疲劳破坏特征及断口分析

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1、2.1.1疲劳破坏宏观断口特征第二章疲劳破坏特征及断口分析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：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疲劳断口塑性断口脆性断口12能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--201411、疲劳源：一、有疲劳源、裂纹扩展区和最后断裂区疲劳源区是疲劳裂纹的萌生地，该区一般位于构裂纹扩展区件的表面或内部缺陷处，可能一个，也可能多个。海滩条带最后断裂区裂纹源疲劳断口三个特征区飞机轮毂疲劳断口34能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学

2、院<<结构疲劳与断裂>>--201422、疲劳扩展区：萌生主要原因：a)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a)构件结构形状不合理：截面突变、拐角、缺口等；张开、闭合，相互摩擦；b)构件表面的组织缺陷如晶粒粗大等；c)表面存在工艺缺陷：切削刀痕或划伤；b)断面通常可见“贝壳状条带”或“海滩条带”d)若在材料的次表面或内部存在严重的冶金缺陷如夹载荷剧烈变动引起：变幅加载，运行启动时，渣、疏松、偏析时疲劳源也可能在此处产生；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。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c)扩展

3、区呈现黑色或白色条纹：位置。黑色：疲劳断口的裂纹与外界环境相通，腐蚀白色：裂纹与外界相隔绝；疲劳源在表面之下56能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--20141发动机叶片疲劳断口照片翼梁下突缘疲劳条带断口照片78能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--201433、瞬时断裂区：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。K1>KIC断裂疲劳源缓慢扩展σ>σ发生b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。瞬时断裂

4、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（即一般认为其形成与循环载荷的变化、裂纹扩展过载）断裂失效形成的，瞬忽快忽慢、裂纹扩展不均匀有关。断区形貌与延性或脆性断口形貌基本一致，比较粗糙，也称粗粒区。910能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014二、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的塑性变形；即使是塑性很好的材料也是如此。塑性断口脆性断口瞬断区三、工程实际中的表面裂纹，一般呈半椭圆形起源于表面的裂纹，循环载荷作用下扩展，沿表瞬断区与静载破坏断口对比面

5、扩展速度较快，沿深度方向扩展较慢，呈半椭圆形。宏观裂纹一般在最大拉应力平面内扩展。1112能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--201428#,50X3#,50X2.1.2疲劳破坏与静载破坏特征比较Fatiguesource(surface)Fatiguesource(internal)①疲劳破坏σ＜[σ]①静载破坏σ>[σ]②破坏是局部损伤累积的结果②破坏是瞬间发生的。③局部性③整体结构破坏8#,500X3#,500X④断口光滑，有海滩条带或腐④断口粗糙，新鲜，无表面蚀痕迹。有裂纹源、裂纹扩磨蚀及腐蚀痕迹。FatiguesourceFatig

6、uesource展区、瞬断区。⑤延性材料塑性变形明显。(internal)(surface)⑤无明显塑性变形。⑥应力集中对极限承载能力⑥应力集中对寿命影响大。影响不大。TC11焊接接头疲劳断口微观形貌131314能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--20142.2.1金属的塑性变形第二章疲劳破坏特征及断口分析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2.1宏观断口特征晶向（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）。2.2疲劳破坏机理2.3微观断口特征2.4由疲劳断

7、口进行初步失效分析铜拉伸试样表面滑移带500x1516能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014能源与动力学院<<结构疲劳与断裂>>--2014滑移系：滑移的临界分切应力：滑移面：原子排列最密的面滑移在切应力（剪应力）的作用下开动。滑移方向：原子排列最密的方向滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系。三种典型金属晶格的滑移系晶格体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格滑移面{110