第四章金屬疲勞破壞機(jī)理及斷口分析

1、圖1、疲勞斷裂宏觀斷口（a）旋轉(zhuǎn)彎曲試樣疲勞斷口（b）疲勞斷口示意圖圖2、平板試樣拉壓疲勞斷口形態(tài)示意圖（a）平板試樣；（b）帶缺口的平板試樣圖3、各類疲勞斷口形態(tài)的示意圖圖4、靜拉伸和交變載荷下的滑移帶（a）靜拉伸（ 0.2）（b）交變應(yīng)力（ = -1，N=105次）圖5、低碳鋼在交變應(yīng)力下（= -1）滑移帶的發(fā)展（a）N=104次；（b）N=2106次圖6、低碳鋼（= 2-1）形成的滑移帶（a）N=6104次；（b）電解拋光后留下的“駐留滑移帶”圖7、交變應(yīng)力下金屬表面形成的“擠出脊”及“擠入溝”圖8、疲勞裂紋經(jīng)過滑移集中區(qū)圖9 晶界處形成的疲勞裂紋核心（鐵鈷釩合金）（a）晶界處應(yīng)力集中；

2、（b）晶界處產(chǎn)生裂紋圖10 孿晶處形成的疲勞裂紋核心圖11 非金屬夾雜物處產(chǎn)生的疲勞裂紋（a）夾雜物處的不均勻滑移；（b）夾雜物處形成的疲勞裂紋核心圖12 疲勞第一階段形成的細(xì)滑移線圖13 滑移線的發(fā)展圖14 平行二面上兩列異號位錯相消形成空洞圖15 疲勞裂紋擴(kuò)展的階段 疲勞裂紋擴(kuò)展的第階段，通常是從金屬表面上的駐留滑移帶、擠入溝或非金屬夾雜物等處開始，沿最大切應(yīng)力（和主應(yīng)力方向近似成45）的晶面向內(nèi)擴(kuò)展，由于各晶粒的位向不同以及晶界的阻礙作用，隨著裂紋向內(nèi)擴(kuò)展，裂紋的方向逐漸轉(zhuǎn)向和主應(yīng)力垂直。這一階段的擴(kuò)展速率很慢，每一應(yīng)力循環(huán)大約只有10數(shù)量級，擴(kuò)展的深度約有幾個晶粒。在有應(yīng)力集中的情況下

3、，則不出現(xiàn)第階段，而直接進(jìn)入第階段。圖16 疲勞塑性輝紋形成過程示意圖圖圖17 疲勞裂紋和疲勞斷口上的輝紋疲勞裂紋和疲勞斷口上的輝紋圖18 疲勞裂紋不對稱擴(kuò)展圖19 7178鋁合金疲勞輝紋，箭頭表示裂紋擴(kuò)展方向圖20 Q345橋梁鋼在最大應(yīng)力340Mp下，擴(kuò)展區(qū)相貌前部中部后部圖21 脆性輝紋形成過程示意圖圖22 2014鋁合金疲勞脆性輝紋圖23 兩種疲勞輝紋示意圖（a）塑性輝紋； （b）脆性輝紋圖24 韌窩形貌 （a）撕裂韌窩（碳素鋼760）；（b）銅 （復(fù)型2600）圖25 裂紋在夾雜物邊界上形成與長大的示意圖圖（a）當(dāng)塑性變形時，在夾雜物周圍塞積著位錯環(huán)。圖（b）隨著變形增大，位錯會受到

4、兩方面力的作用。最終兩個力達(dá)到平衡，使位錯停止放出位錯。圖（c）當(dāng)外力足夠大，或者是由于某些粒子周圍存在應(yīng)力集中時，有可能將位錯推向基體與第二相粒子的界面，AB面分開形成空洞。圖（d e）導(dǎo)致微孔擴(kuò)大。圖（f）位錯沿不同方向滑移到粒子邊界。圖26 15鋼裂紋在夾雜物界面形成、擴(kuò)展至斷裂的全過程 2000透射受力方向圖27 斷口的相配觀察 2000掃描圖28 Q345橋梁鋼最后斷裂區(qū)形貌圖29 影響韌窩形貌的各種因素圖31 三種應(yīng)力狀態(tài)下形成顯微空洞及斷口韌窩形態(tài)示意圖圖（a）正應(yīng)力垂直于微孔的平面，使微孔在垂直于正應(yīng)力的平面上各方向長大的傾向相同，就形成等軸韌窩。圖（b）在切應(yīng)力作用下的斷裂，韌窩的形態(tài)是拉長的拋物線形狀，在對應(yīng)的斷面上拋物線方向相反。圖（c）由拉應(yīng)力引起的撕裂，也可以造成拉長的拋物線韌窩，其拋物線的方向都指向裂紋的起源處。圖32 河流花樣 （a）掃描 1500；（b）復(fù)型透射圖33鐵的舌狀花樣，箭頭表示裂紋擴(kuò)展方向，復(fù)型4400圖34 鐵的舌狀花樣相配觀察照片 復(fù)型3800圖35解理裂紋與螺型位錯交截而形成一個b高低的臺階圖36臺階形成過程的簡化圖圖37 通過二次解理和撕裂形成臺階（a）沿二次解理面而形成臺階；（b）通