金属疲劳断裂的断口特征(金属疲劳断裂的断口特征贝壳)

金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。

当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。

疲劳断裂的特征是金属疲劳现象，疲劳断裂应力（周期载荷中的最大应力）远比静载荷下材料的抗拉强度低，甚至比屈服强度也低得多。

不管是脆性材料或延性材料，其疲劳断裂在宏观上均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂，故疲劳断裂一般表现为低应力脆断。

疲劳破断是损伤的积累，积累到一定程度，即裂纹扩展到一定程度后才突然断裂。

所以疲劳断裂是与时间有关的断裂。

在恒应力或恒应变下，疲劳将由三个过程组成：裂纹的形成（形核）；裂纹扩展到临界尺寸，余下断面的不稳定断裂。

材料抵抗疲劳载荷的抗力比一般静载荷要敏感得多。疲劳抗力不仅决定于材料本身，而且敏感地决定于构件的形状，尺寸、表面状态、服役条件和所处环境等。

防止疲劳损坏，在金属材料中添加各种“维生素”是增强金属抗疲劳的有效办法，例如，在钢铁和有色金属里，加进万分之几或千万分之几的稀土元素，就可以大大提高这些金属抗疲劳的本领，延长使用寿命。

随着科学技术的发展，现已出现“金属免疫疗法”新技术，通过事先引入的办法来增强金属的疲劳强度，以抵抗疲劳损坏。此外，在金属构件上，应尽量减少薄弱环节，还可以用一些辅助性工艺增加表面光洁度，以免发生锈蚀。

对产生震动的机械设备要采取防震措施，以减少金属疲劳的可能性。在必要的时候，要进行对金属内部结构的检测，对防止金属疲劳也很有好处。

金属疲劳断裂的断口特征贝壳

金属材料是航空航天、军工、核电、石油化工、机械等各行各业中最常使用的材料，其在交变载荷作用下可能产生疲劳失效的性质对设备的安全工作产生重要影响。

因金属材料疲劳失效而造成严重的人员伤亡和经济损失的事件非常多。

因此，研究金属材料的疲劳特性，探寻预测金属材料的疲劳寿命的方法，对防止结构失效，保证各零部件安全正常平稳工作，从而保证设备整体的安全性具有重要意义。

1疲劳断裂

1.1疲劳裂纹的产生

承受交变载荷的零件，在较低的应力（低于屈服极限）下，在其表面（当表面经强化处理后可转至表面以下或内部）将出现不均匀的滑移带。

在某些强烈滑移带内，各小滑移带的滑移不均匀性更为严重，其高度差造成许多如锯齿状显微缺口。

在两侧高度差较大的滑移面间较尖锐的缺口处，由于应力和应变集中的不断加强，而形成滑移裂缝。

1.2疲劳断裂特征

1）疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低；

2）不管脆性材料或塑性材料，其最终的断口均表现为无明显塑性变形的脆性断裂；

3）疲劳断裂是损伤的积累，它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹，随着应力循环次数的增加裂纹逐渐扩展，材料逐渐硬化，直至余下的未裂开的截面积不足以承受外载荷时，零件就突然断裂。

在零件的断口上可以清晰地看到这种情况。

轴在弯矩、扭矩共同作用下疲劳断裂的断口如图3所示。断口明显地分为两个区域：一个是在变应力重复作用下裂纹两边相互挤压、摩擦形成的表面光滑区；一个是最终发生脆性断裂的粗粒状区。

疲劳断裂不同于一般静应力下的断裂，它是材料损伤到一定程度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以疲劳断裂与应力循环次数（即使用期限或寿命）密切相关。