金屬疲勞斷裂的特點(diǎn)

1、4.1 金屬疲勞破壞的特點(diǎn) 零件在交變應(yīng)力作用下?lián)p壞叫做疲勞破壞。據(jù)統(tǒng)計，在機(jī)械零件失效中有80以上屬于疲勞破壞。例如大多數(shù)軸類零件，通常受到的交變應(yīng)力為對稱循環(huán)應(yīng)力，這種應(yīng)力可以是彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、或者是兩者的復(fù)合。如火車的車軸，是彎曲疲勞的典型，汽車的傳動軸、后橋半軸主要是承受扭轉(zhuǎn)疲勞，柴油機(jī)曲軸和汽輪機(jī)主軸則是彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞的復(fù)合。再如齒輪在嚙合過程中，所受的負(fù)荷在零到某一極大值之間變化，而缸蓋螺栓則處在大拉小拉的狀態(tài)中，這類情況叫做拉-拉疲勞；連桿不同于螺栓，始終處在小拉大壓的負(fù)荷中，這類情況叫做拉-壓疲勞。我們還可以列舉很多常用的機(jī)械零件所受的負(fù)荷情況，綜合這些情況就會得到上面已經(jīng)

2、提過的結(jié)論：大多數(shù)零件的失效是屬于疲勞破壞的。4.1.1 疲勞破壞的特點(diǎn) 盡管疲勞載荷有各種類型，但它們都有一些共同的特點(diǎn)。 第一， 斷裂時并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的預(yù)兆，而是突然地破壞。 第二， 引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于靜載時的屈服強(qiáng)度。 第三， 疲勞破壞能清楚地顯示出裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展和最后斷裂三個組成部份。4.1.2 疲勞斷口分析 我們已經(jīng)知道，疲勞損壞有裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展直至最終斷裂三部分，對疲勞宏觀斷口的分析就可以證實這點(diǎn)（見圖4-0）。 一個典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和最終斷裂區(qū)三部份構(gòu)成。 疲勞斷口有各種型式，它取決于載荷的類型，即所受應(yīng)力為彎曲

3、應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力還是拉-壓應(yīng)力，同時與應(yīng)力的大小和應(yīng)力集中程度有關(guān)。 圖4-1是彎曲疲勞的斷口。在承受低名義應(yīng)力時，對于應(yīng)力集中較小的，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)占的面積相對說比較大，而且最終斷裂區(qū)并不正好位于疲勞源的對側(cè)，而是以逆旋轉(zhuǎn)方向偏離一個位置。對于應(yīng)力集中較大的，不僅擴(kuò)展區(qū)減小，而且最終斷裂區(qū)已不在軸的表面，漸漸移向中心。在承受高名義應(yīng)力時，即使對應(yīng)力集中小的軸，表面的疲勞源已有多處，裂紋擴(kuò)展形成棘輪形，最終斷裂區(qū)位于軸的中心。對于高應(yīng)力集中的軸，表面的疲勞源更多。 對扭轉(zhuǎn)疲勞斷口，可有三種型式，見圖4-2。 (1)和軸內(nèi)成45。，即沿最大拉應(yīng)力作用的平面斷裂，橫斷面呈星狀。當(dāng)應(yīng)力集中較大時呈鋸齒狀。 (2)和軸向垂直，橫斷面呈階梯狀。 (3)和軸向平行，橫斷面呈階梯狀。 對第二、第三種情形，都是沿著最大切應(yīng)力平面斷裂。從理論上看，一般材料的剪切強(qiáng)度都低于材料自身的拉斷強(qiáng)度。而對扭轉(zhuǎn)軸，在表面上的拉應(yīng)力和剪切力在數(shù)值上相等。之所以出現(xiàn)第一種斷裂型式，是由于零件表面存在刀痕或損傷以及材料內(nèi)部有缺陷而造成的。對扭轉(zhuǎn)疲勞，一般看不到成貝