1、 211疲勞破壞宏觀斷口特征 #第二章疲勞破壞特征及斷口分析21宏觀斷口特征玨疲勞破杼機理而顧斷口特征2.4由疲勞斷口進行初步失效分析材料疲勞斷裂雖然類似脆性斷裂，但疲勞斷口明顯區(qū)別于其他類型斷口：yit塑性斷口I脆性斷口 # #?一、有疲勞源、裂紋擴展區(qū)和最后斷裂區(qū)披勞源區(qū)是疲勞裂紋的萌生地，該區(qū)一般位于構(gòu)件的表面或內(nèi)部缺陷處，可能一個，也可能多個.(DM)能源與動力學(xué)施2014 # #萌生主要原因:a）構(gòu)件結(jié)構(gòu)形狀不合理截面突變.拐角、缺口等Ib）構(gòu)件表面的組織缺陷如晶粒粗大等；c）表面存在工藝缺陷：切削刀痕或劃傷；d）若在材料的次表面或內(nèi)部存在嚴重的冶金缺陷如夾渣、疏松.偏析時疲勞源也可

2、能在此處產(chǎn)生；2疲勞擴展區(qū):a）擴展區(qū)斷面光滑.平整：循環(huán)加載時，反復(fù)變形，裂開的兩個面不斷張開.閉合.相互摩撩b）斷面通?？梢姟柏悮顥l帶”或“海灘條帶”載荷劇烈變動引起：變幅加我，運行啟動時,突然過載；在裂紋前沿出現(xiàn)較大的應(yīng)力而留下塑性變形的痕跡f 在斷口上無法明顯的看到裂紋萌生的許多細節(jié)，但是疲勞斷口的整體形貌特征仍可確定疲勞源的大體位置.c）擴展區(qū)呈現(xiàn)黑色或白色條紋：黑色：疲勞斷口的裂紋與外界環(huán)境相通，腐蝕白色：裂紋與外界相隔絕；疲勞源在表面之下 # #5結(jié)構(gòu)察勞與斷嬰”-2014I能源與動力燒離-2014 發(fā)動機葉片疲勞斷口照片翼梁下突緣斷口照片rniurnTni能站動力學(xué)茯結(jié)梅納吋

3、斷製一勿”: # #戲源與動力學(xué)院2014rKIC|T斷臥1gb愛巫1疲勞源J=緩慢擴展二館源與動力學(xué)険2014匚三 # #二疲蘆斷口舉觀上翅盟顯的塑隹趣 #將疲勞破壞的斷口對合在一起，一般都能吻合的很好.這表明破壞之前并未發(fā)生大的塑性變形；即使是塑性很好的材料也是如此三、工程實際中的表面裂紋，一般呈半橢圓形 # 瞬斷區(qū)與靜載破壞斷口對比起源于表面的裂紋.循環(huán)載荷作用下擴展，沿表面擴展速度較快.沿深度方向擴展較慢，呈半橢圓形。宏觀裂紋一般在最大拉應(yīng)力平面內(nèi)擴展能源與動力燒離結(jié)構(gòu)接勞與斷Sl一2014 Fatiguesource(surface)2.1.2疲勞破壞與靜載破壞特征比較疲勞破壞aa破

4、壞是瞬間發(fā)生的.整體結(jié)構(gòu)破壞斷口粗糙，新鮮，無表面磨蝕及腐蝕痕跡。延性材料塑性變形明顯。應(yīng)力集中對極限承載能力彩響不大。 # #TC笛焊接接頭疲勞斷口微觀形貌 #第二章疲勞破壞特征及斷口分析褪潭坊幼力學(xué)院結(jié)構(gòu)微剪片斷製-2014能禪坊動力學(xué)決結(jié)構(gòu)拔勞壞斷製一2X4：2.2.1金屬的塑性變形金屬的塑性變形方式:滑移和李生 # #ma館源與動力學(xué)院2.1宏觀斷口特征2.2疲勞破壞機理石微觀斷口特征24由疲勞斷口進存初步失效分析1$2014rz滑移，滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面（滑移面）利晶向（滑移方向）相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象.滑移帶*塑性變形的可見標記（金相顯微鏡）。 # #18苗構(gòu)

5、蝮勞與斷裂一2014滑移系滑移面：原子排列最密的面滑移方向：原子排列最密的方向滑移系：一個滑移面和此面上的一個滑移方向組成一個滑移系。三種典型金屬品格的滑移隼滑移的臨界分切應(yīng)力：滑移在切應(yīng)力（剪應(yīng)力）的作用下開動.AFFQ=a=cos$QATCTCOS入-COS妙COS入A分切應(yīng)力越大，滑移系越容易開動。cos淋為取向因子.又稱斯米特（schmid）因子. # 2.2.2疲勞裂紋萌生機理疲勞裂紋的起始或萌生過程，稱為裂紋成核，成核處裂紋源。裂紋起源(裂紋源)仍然是由于滑移引起的，表面或應(yīng)力集中處的局部某些晶粒中。循環(huán)加載時的滑移:N=1(H*=5小N=2.7XL0*(多晶體擦恒幅應(yīng)力循環(huán))循環(huán)

6、加裁時的滑移:擠出脊和侵入溝:擠出脊和侵入溝是疲勞過程中發(fā)生在金屬表面的另一種普遍現(xiàn)象 #擾動載荷=應(yīng)力集中=滑移帶=駐留滑移帶=微裂紋.擴展n宏觀裂紋.擴展駐留滑移帶、擠出脊和侵入溝均是疲勞裂紋萌生的發(fā)源地。 # #戲稼與動力學(xué)規(guī)2014rz(DM)能源與動力學(xué)炭-2014r7 # 滑移帶中裂紋的曬生及生長模型I滑移帶的侵入和擠出示意圖疲勞裂紋萌生模型:p.Neumann提出的模型：以晶體中兩個滑移系的交變滑移和形變強化為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)授勞與斷嬰-2014伍桶(wood)的擠出和侵入模型，單向加載時滑移特征如GO循環(huán)加裁時形成侵入(b)或擠出(c)o裂紋成核機理b駐留滑移帶中的侵入溝本身高度應(yīng)力集

7、中;機理2,材料擠出，內(nèi)部產(chǎn)生大fit空穴.空涓等顯微缺陷；頁師卜星觀丄山- # 2.23疲勞裂紋擴展機理擴展：疲勞裂紋生核失穩(wěn)擴展前緩慢擴展過程擴展：不連續(xù)的過程，該過程可分為兩個階段第一階段擴展：屬于顯微裂紋擴具有晶體學(xué)特征.受剪應(yīng)力控制；第二階段擴展：非結(jié)晶學(xué)特征.沿垂宜于裁荷作用統(tǒng)的最大拉應(yīng)力面擴展，便勞製紋擴展二階段材料表面一20i4DC微觀裂鐵（第I階段裂紋）擴展形成住導(dǎo)：裂紋_般認為徽觀裂紋沿裂紋尖端主滑移系方向以純剪切的方式，同時受微結(jié)構(gòu)尺寸.應(yīng)力水平、滑移待征、裂紋尖端塑性等因素的形響.對于脆性材料痕勞製紋擴展,袈竄尖瑞沿解理面擴展.擴展不起因于塑性變形，而是解理斷裂的結(jié)果.

8、同樣，每一個應(yīng)力循環(huán)，將在裂紋面上留下一條痕跡（疲勞條紋O第一階段擴展*TT器帶幾條TT一條主裂紋疲勞裂紋擴展二階段材料面從第1階段向第2階段轉(zhuǎn)變所對應(yīng)的裂紋尺寸主要取決于材料和作用應(yīng)力水平.一般只有幾個晶粒（17個）的尺寸第】階段裂紋擴展的尺寸雖小，對壽命的員款卻很大，對于高強材料，尤其如此第二階段擴展G.Laii-d與GC.Smith提出了非結(jié)晶學(xué)模型用以描述疲勞裂紋第二階段的擴一塑性飩化模型飩It說化飩化毎一個應(yīng)力循環(huán)，將在裂紋面上留下一條痕跡（疲勞條戰(zhàn)）疫勞裂戰(zhàn)擴展的墩性鈍化模型2829（LffliTiQ4址刃丄&顯幾叢丿第二章疲勞破壞特征及斷口分析空宏觀斷口特征如疲菱破壞機理|2.3

9、微觀斷口特征2.4由疲勞斷口進行初步失效分析QEGia30能源與動力燃離佶構(gòu)接勞與斷裂一2014 2.3微觀斷口特征微觀分析目的：了解疲勞破壞過程的本質(zhì),從金屬微觀組織研究疲勞機理。裂紋萌生區(qū)域,滑移帶和駐留滑移帶(DTGMi)裂紋擴展區(qū)域-第一階段斷口光滑.具有晶體學(xué)特征.此外沒有明顯特征。 # #疲勞條紋是一系列基本相互平行的條紋.條紋方向與局部裂紋擴展方向垂宜，并沿局部裂紋擴展方向外凸。是判斷疲勞斷裂的基本依據(jù)之一.由于材料內(nèi)部微觀組織的差異，裂紋擴展可能會由一個平面轉(zhuǎn)移至另一個平面，因此不同區(qū)域的疲勞條紋有時分布在髙度不RK方向有別的平面上. # #戲譚與動力學(xué)院332014rz(DM

10、) # #理想情況下，每一條疲勞條紋代表一次對應(yīng)的循環(huán)裁荷，即疲勞條紋敷目應(yīng)該與載荷循環(huán)數(shù)相尊。但由于裂紋閉合等因素的形響，循環(huán)載荷數(shù)遠大于微觀可見的疲勞條紋數(shù).披勞條紋的間距一般隨應(yīng)力強度因子范圍的增大而增大,隨若裂紋擴展長度的增加而增大.35一2一2014IX2.4由疲勞斷口進行初步失效分析 # #（三個特征區(qū)）（可以宜接從斷口處觀察到）疲勞破壞析口提供了大量信息，由斷口可分析裂墳起因、擴展信息、臨界裂紋尺寸、破壞緻荷尊，是失效分析的直要依據(jù).1斷口宏觀皴：是否疲勞破壞?何處為裂紋瀕？裂紋臨界尺寸？（擴展區(qū)大?。┢茐脑院?？（結(jié)合斷裂力學(xué)知識計算）2.金相或低倍觀察：裂紋源？是否有材料缺陷？（夾雜.縮孔縮松.偏析等）缺陷的類型和大??？3.高倍電鏡微觀觀察：“海灘條帶”+“疲勞條紋”，使用載荷譜，估計速 #是否正常破壞？（與設(shè)計敦荷比較 # #(DM)戲稼與動力學(xué)規(guī)3920X4rz(