疲劳断裂失效分析
1 5.1疲劳断裂失效的基本形式和特征 5.2疲劳断口形貌及其特征
5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 5.4疲劳断裂失效的原因与预防
第5章疲劳断裂失效分析
2?按应力循环次数
当Nf＞105时为低应力高周疲劳（通常所指） 当Nf＜10
4时为高应力低周疲劳?按服役的温度及介质条件
机械疲劳、高温疲劳、低温疲劳 冷热疲劳、腐蚀疲劳?基本形式
切断疲劳：面心立方在单向压缩、拉伸及扭转条件下多以切断形式破坏
正断疲劳：大多数的金属构件的疲劳失效都是以此形式进行的，特别是体心立方金属
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?疲劳断裂的突发性?疲劳断裂应力很低
?疲劳断裂是一个损伤积累的过程?疲劳断裂对材料缺陷的敏感性?疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性
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典型的疲劳断口一般有三个区,即疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区。疲劳断口的宏观特征与静载破坏的脆性断口相似，无明显的宏观塑性变形。
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?疲劳核心是疲劳破坏的起点，它总是位于零件强度最低或应力最高的地方。
?零件承受弯曲、扭转疲劳负荷时，最大应力区是在零件的表面。
?零件表面的加工刀痕、凹槽、尖角、台肩等处由于应力集中往往成为疲劳源。
?如果零件内部存在缺陷，如脆性夹杂物、白点、空洞、化学成分的偏析等，则可能在零件内部产生疲劳源。
1、疲劳核心(或称疲劳源)
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ù疲劳源的数目可以不止一个，在名义应力较高或是应力集中较为严重时，在高应力区域就可能产生几个疲劳源。
ù疲劳源的位置用肉眼或低倍放大镜就能判断，一般在疲劳区中磨得最光亮的地方。
ù在断口表面同时存在几个疲劳源的情况下，可按疲劳线的密度来确定疲劳源产生的次序，疲劳线的密度越大，表示起源的时间越早。
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疲劳断口上最重要的特征区域
该区域上常有疲劳断裂独特的宏观标志，如贝纹状、蛤壳状、海滩波纹等。
贝纹线以疲劳源为中心，向四周推进呈弧形线条，垂直于
裂纹扩展方向。
对于光滑试样，疲劳弧线的圆心一般指向疲劳源区。扩展到一定程度时，也可能出现疲劳弧线的转向现象
当试样表面有尖锐缺口时，疲劳弧线的圆心指向疲劳源区的相反方向。
在低周疲劳断口上一般也不常能观察到贝壳状条纹线。
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$疲劳裂纹达到临界尺寸后发生的快速破断,它的特征与
静拉伸断口中快速破坏的放射区及剪切唇相同,但有时仅出现剪切唇而无放射区。$对于非常脆的材料,此区为结晶状断口，即使是塑性良好的合金钢或铝合金，疲劳断件断口附近通常也观察不到宏观的塑性变形。
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6与静载拉伸断裂时不同，拉压疲劳断裂的疲劳核心多源于表面而不是内部。缺口试样由于缺口根部有应力集中故靠近表面裂纹扩展快，结果形成波浪形的疲劳弧线。高应力导致疲劳稳定扩展区较小，而最终断裂区所占比例较大。
6旋转弯曲的疲劳源区一般出现在表面，但无固定地点，疲劳源可
以为多个。疲劳源区和最后断裂区相对位置一般总是相对于轴的旋转方向而逆转一个角度。而高应力集中时，最终撕裂面移向中心，呈现棘轮花样。交变扭转载荷也出现这种花样
6双向弯曲的疲劳源区可能在零件的两侧表面，最后断裂区在截面内部。在高名义应力下，光滑的和有缺口的零件瞬断区的面积都大于扩展区，且位于中心部位，形状似腰鼓形。随着载荷和应力程度的提高，瞬断区的形状逐渐变形成为椭圆形。在低名义应力下，两个疲劳核心并非同时产生，扩展速度也不一样，所以断口上的疲劳断裂区一般不完全对称，瞬断区偏离中心位置。
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D第一阶段为切向扩展阶段。在交变应力作用下，使滑移形成的裂纹源扩展形成可观察的裂纹，裂纹尖端将沿着与拉伸轴呈45°角方向的滑移面扩展。该阶段中裂纹扩展范围较
小，一般在2~5个晶粒之内。
D第二阶段为正向扩展阶段。裂纹从原来与拉伸轴呈45 °的滑移面，发展到与拉伸轴呈90 °，该阶段的断口具有引人注目的独特形态－疲劳辉纹。
D第三阶段是由于裂纹扩展到一定长度后，使构件的有效截面减少而造成的一次性快速断裂，断口特征常为韧窝型撕裂。
12疲劳辉纹的一般特点
（1）疲劳裂纹是一系列基本上相平行的条纹，略带弯曲呈波浪形，并与裂纹局部扩展方向相垂直，其凸弧面指向裂纹扩展方向。
（2）在疲劳裂纹稳定扩展阶段，所形成的每一条辉纹相当于一次载荷循环。辉纹确定了裂纹前沿线在前进时的位置。（3）疲劳辉纹的间距随应力场强度因子而变化，应力越大，间距越宽；反之应力越小，则间距越窄。
（4）疲劳断口的微观范围内，通常由许多大小不同、高低不一的小断块组成，每一小断块上的疲劳辉纹连续且平行，而相邻小断块上的疲劳辉纹不一定连续和平行。（5）断口的两匹配面上的辉纹基本对应。
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一般来说，面心立方晶格金属如铝合金、奥氏体钢的辉纹较清晰明显，体心立方晶格金属及密排六方晶格金属的辉纹远不如前者明显；如普通钢的疲劳辉纹短而不连
续，轮廓也不明显。
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（1）一般情况下，形成疲劳裂纹的循环周次至少有1000以上，若周次很低，其断口上观察不到辉纹
（2）疲劳裂纹前端必须处于张开型平面应变状态，所以只有当疲劳断口与疲劳载荷张应力相垂直时（即正断型），才能观察到疲劳辉纹。
（3）有时因为疲劳辉纹间距太小，以至于使用扫描电镜观察不到，即使用二级复型技术在透射电镜中也不能分辨这些稠密的细条纹，但实际上是存在的。据有关研究报导，辉纹的间距可以小到20nm左右。
15（4）材料性质对辉纹的影响很复杂。成分、显微组织以及机械性能等都将会对辉纹产生很大的影响。?韧性材料形成辉纹较容易，脆性材料较难。对
合金钢来说，材料的K IC （断裂韧度）越高，辉纹越容易形成。
?晶体结构对辉纹形成有很大影响，面心立方晶格金属比体心立方晶格金属要明显得多，其原因可能是体心立方金属层错能高，易于交叉滑移，
不利于形成辉纹。
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大多数疲劳辉纹是属于韧性辉纹。脆性辉纹只有在特殊条件下形成，通常在腐蚀性环境中形成的腐蚀疲劳断口，其上的辉纹为脆性辉纹。疲劳辉纹呈脆性疲劳辉纹，微观形貌好象把解理和疲劳两种特征结合在一起，疲劳辉纹与脆性解理河流花
样相垂直。
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?低周疲劳断口比高周疲劳断口的研究要少得多。通常情况
下，低周疲劳断口上的辉纹要粗些，间距要宽些。?在许多金属和合金中，特别是超高强度钢和低强度材料中，可能不形成辉纹，而出现准解理或韧窝型断裂，主要是由于低周疲劳断裂所受的应力较大。
?在低周疲劳断口上还常看到一种称为轮胎压痕的形貌，这种压痕虽不是疲劳辉纹，但它们是疲劳断口的可靠标志。?低周疲劳应力较复杂，断口形貌也较复杂。如HFT60，当疲劳寿命Nf＜90时，断口均为韧窝；当Nf>300时，出现轮胎压
痕；只有Nf＞1000时，才出现疲劳辉纹。
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（1）腐蚀疲劳不需要特定的腐蚀系统
（2）任何金属材料均可能发生腐蚀疲劳
（3）材料的腐蚀疲劳不存在疲劳极限
（4）由于腐蚀介质的影响，使疲劳曲线明显地向低
值方向推移，即疲劳强度显著降低
（5）温度升高，介质浓度越高，裂纹扩展速率越大21
（1）脆性断裂，断口附近无塑变
（2）微观断口可见疲劳辉纹，但模糊不清
（3）属于多源疲劳，源自表面缺陷或腐蚀坑底部，
裂纹的走向可以是穿晶的，也可能是沿晶型的
（4）断口上的腐蚀产物与环境中的腐蚀介质相致
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（1）典型的表面疲劳裂纹呈龟裂状，根据热应力方向，也形
成近似相互平等的多裂纹状态。
（2）热疲劳断口由于受高温环境的影响，断口表面复盖一层
较厚的氧化层，有时虽然在宏观上已判断为热疲劳断裂，但
微观上却无法看到辉纹，只能看到氧化皮特征。
（3）裂纹走向可以是沿晶，也可以是穿晶的，一般裂纹端较
尖锐，裂纹内有或充满氧化物。
（4）由于热蚀作用，微观断口上的疲劳辉纹粗大，有时尚有
韧窝花样。23
（1）接触疲劳多数情况下发生在高强度钢及超高强
度钢中，如轴承滚道表面的接触疲劳剥落，故难以
形成辉纹，因而在微观断口形貌上也难以找到辉纹
特征，却以准解理特征为主。
（2）典型宏观形貌：接触面上的麻点、凹坑和局部
剥落
（3）影响接触疲劳的主要因素有：应力条件、材料
的成分，组织结构，冶金质量，力学性能等
材料表面在较高的接触应力作用下，经过多次
应力循环，其接触面的局部区域产生小片或小
块金属剥落，形成麻点或凹坑，导致构件失效
的现象。主要产生于滚动接触的机器零件，如
滚动轴承、齿轮、车轮等的表面
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金属--断裂与失效分析报告 刘尚慈
金属断裂与失效分析（尚慈编） 第一章概述 失效：机械装备或机械零件丧失其规定功能的现象。 失效类型：表面损伤、断裂、变形、材质变化失效等。 第二章金属断裂失效分析的基本思路 §2—1 断裂失效分析的基本程序 一、现场调查 二、残骸分析 三、实验研究 （一）零件结构、制作工艺及受力状况的分析 （二）无损检测 （三）材质分析，包括成分、性能和微观组织结构分析 （四）断口分析 （五）断裂力学分析 以线弹性理学为基础，分析裂纹前沿附近的受力状态，以应力强度因子K作为应力场的主要参量。 K I＝Yσ（πα）1/2 脆性断裂时，裂纹不发生失稳扩展的条件：K I＜K IC 对一定尺寸裂纹，其失稳的“临界应力”为：σc＝K IC / Y（πα）1/2 应力不变，裂纹失稳的“临界裂纹尺寸”为：αc＝（K IC / Yσ）2/π 中低强度材料，当断裂前发生大围屈服时，按弹塑性断裂力学提出的裂纹顶端开位移[COD（δ）]作为材料的断裂韧性参量，当工作应力小于屈服极限时： δ＝（8σsα/πE）ln sec(πσ/2σs) 不发生断裂的条件为：δ＜δC（临界开位移） J积分判据：对一定材料在大围屈服的情况下，裂纹尖端应力应变场强度由形变功差率J来描述。开型裂纹不断裂的判据为：
J＜J IC K IC——断裂韧性；K ISCC——应力腐蚀门槛值 （六）模拟试验 四、综合分析 分析报告的涵：①失效零部件的描述；②失效零部件的服役条件；③失效前的使用记录；④零部件的制造及处理工艺；⑤零件的力学分析；⑥材料质量的评价；⑦失效的主要原因及其影响因素；⑧预防措施及改进建议等。 五、回访与促进建议的贯彻 §2—2 实效分析的基本思路 一、强度分析思路 二、断裂失效的统计分析 三、断裂失效分析的故障树技术 第三章金属的裂纹 §3—1 裂纹的形态与分类 裂纹：两侧凹凸不平，偶合自然。裂纹经变形后，局部磨钝是偶合特征不明显；在氧化或腐蚀环境下，裂缝的两侧耦合特征也可能降低。 发纹：钢中的夹杂物或带状偏析等在锻压或轧制过程中，沿锻轧方向延伸所形成的细小纹缕。发纹的两侧没有耦合特征，两侧及尾端常有较多夹杂物。 裂纹一般是以钢中的缺陷（发纹、划痕、折叠等）为源发展起来的。 一、按宏观形态分为： （1）网状裂纹（龟裂纹），属于表面裂纹。产生的原因，主要是材料表面的化学成分、金相组织、力学性能、应力状态等与中心不一致；或者在加工过程中发生过热与过烧，晶界性能降低等，导致裂纹沿晶界扩展。如： ①铸件表面裂纹：在1250～1450℃形成的裂纹，沿晶界延伸，
齿轮疲劳点蚀的特征及案例分析
齿轮疲劳点蚀的特征及相应案例分析 1 疲劳点蚀的定义及特征 点蚀又称接触疲劳磨损，是润滑良好的闭式传动的常见失效形式之一。齿轮在啮合过程中，相互接触的齿面受到周期性变化的接触应力的作用。若齿面接触应力超出材料的接触疲劳极限时，在载荷的多次重复作用下，齿面会产生细微的疲劳裂纹；封闭在裂纹中的润滑油的挤压作用使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点，这种疲劳磨损现象，齿轮传动中称为点蚀。节线靠近齿根的部位最先产生点蚀。润滑油的粘度对点蚀的扩展影响很大，点蚀将影响传动的平稳性并产生冲击、振动和噪音，引起传动失效。 点蚀又分为收敛性点蚀和扩展性点蚀。收敛性点蚀指新齿轮在短期工作后出现点蚀痕迹，继续工作后不再发展或反而消失的点蚀现象。收敛性点蚀只发生在软齿面上，一般对齿轮工作影响不大。扩展性点蚀指随着工作时间的延长而继续扩展的点蚀现象，常在软齿面轮齿经跑合后，接触应力高于接触疲劳极限时发生。硬齿面齿轮由于材料的脆性，凹坑边缘不易被碾平，而是继续碎裂成为大凹坑，所以只发生扩展性点蚀。严重的扩展性点蚀能使齿轮在很短的时间内报废[1]。 2 疲劳点蚀的实例 某重型车辆侧减速器主动齿轮发生了早期失效，失效齿轮与行星转向机相连，将全车动力传递到行动部分，是全车受载最大的齿轮，始终在大载荷、高转速、多冲击的复杂苛刻环境下工作。齿设计上采用整编为齿轮，传动比为5.9，润滑方式为油池飞溅润滑。实效齿轮材料为18Cr2Ni4W A钢。采用渗碳+淬火+低温回火热处理工艺。 失效齿轮发生严重的接触疲劳失效，使用寿命未达到规定时间。采用断口分析、金相分析、硬度测试及有限元接触应力分析等方法对齿轮进行失效分析，查找该齿轮实效的原因（由于篇幅有限以及结合自身知识面，仅列举出端口分析和金相分析两项结果）。 2.1 断口分析 通过对失效齿轮宏观观察发现．在啮合受力齿面的节线附近靠近齿根一侧，沿齿宽方向分布许多
材料失效分析
材料失效分析 ——金属的疲劳破坏 1.1材料失效简介 材料失效分析在工程上正得到日益广泛的应用和普遍的重视。失效分析对改进产品设计、选材等提供依据，并可防止或减少断裂事故的发生；可以提高机械产品的信誉，并能起到技术反馈作用，明显提高经济效益。大力开展失效分析研究，无论对工业、民生、科技发展，都具有极其重要的作用。 所谓失效——主要指机械构件由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的机械构件不能完满地完成指定的功能。亦可称为故障或事故。一个机械零部件被认为是失效，应根据是否具有以下三个条件中的一个为判据： （1）零件完全破坏，不能工作； （2）严重损伤，继续工作不安全； （3）虽能暂时安全工作，但已不能满意完成指定任务。 上述情况的任何一种发生，都认为零件已经失效。 机械零部件最常见的失效形式有以下几种： 1.断裂失效：通常包括塑性（韧性）断裂失效；低应力脆性断裂失效；疲劳断裂失效； 蠕变断裂失效；应力腐蚀断裂失效。 2.表面损伤失效：通常包括磨损失效；腐蚀失效；表面疲劳失效 3.变形失效：包括塑性变形失效；弹性变形失效,同一种零件可有几种不同失效形式。一个零件失效，总是由一种形式起主导作用，很少以两种形式主导失效的。但它们可以组合为更复杂的失效形式，例如腐蚀磨损、腐蚀疲劳等。 2.1疲劳破坏 飞机、船舶、汽车、动力机械、工程机械 、冶金、石油等机械以及铁路桥梁等的主要零件和构件，大多在循环变化的载荷下工作，疲劳是其主要的失效形式。 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。 2.2疲劳断裂的特征 1、疲劳断裂应力1σ（周期载荷中的最大应力 max σ）远比静载荷下材料的抗拉强度 b σ低，甚至比屈服强度s σ也低得多。 2、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。 3、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。 断裂前要经过较长时间的应力循环次数N （＝104；105；106……）才断裂，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。在宏观上可清楚看到后二个过程。 4、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。
疲劳分析方法
疲劳寿命分析方法 摘要：本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况,重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。 疲劳是一个既古老又年轻的研究分支，自Wohler将疲劳纳入科学研究的范畴至今，疲劳研究仍有方兴未艾之势，材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一，从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。 金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert在1829年前后完成的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。1843年，英国铁路工程师W.J.M.Rankine对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。1852年-1869年期间，Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下，其强度人大低于它们的静载强度，提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法，并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。1874年，德国工程师H.Gerber开始研究疲劳设计方法，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。Goodman讨论了类似的问题。1910年，O.H.Basquin提出了描述金属S-N曲线的经验规律，指出：应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。Bairstow通过多级循环试验和测量滞后回线，给出了有关形变滞后的研究结果，并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。L.F.Coffin和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系，即Coffin—Manson公式，随后形成了局部应力应变法。 中国在疲劳寿命的分析方面起步比较晚，但也取得了一些成果。浙江大学的彭禹，郝志勇针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取以及在真实工作环境下的疲劳寿命等问题，以发动机曲轴部件为例，提出了一种以有限元方法，动力学仿真分析以及疲劳分
《断裂》读书报告
从《断裂》看当今社会 摘要：介绍了《断裂：20世纪90年代以来的中国社会》一书作者的学术情况及书的基本内容，其中重点介绍了《耐用消费品时代的挑战》和《资源重新积聚与底层社会》两个章节。并从《断裂》中所分析的90年代到2000年以来的社会中的种种问题思考当今社会的一些现象，如攒钱买房现象、市场疲软等现象。 事实证明，书中所谈到的一些问题以及措施在当今社会依然适用。 关键词：社会学、社会变迁、断裂 一、关于作者 1、学术生平 孙立平一直在倡导实践的社会学。强调要面对实践形态的社会现象，要将社会事实看作是动态的、流动的，而不是静态的，如同在印象派画家的眼中，空气和阳光是流动的一样。 他提倡“过程——事件分析”的研究策略，目的是为了接近实践形态的社会现象，或者说是找到一种接近实践状态社会现象的途径。 孙立平有一个著名的观点：做社会学研究要“要命而有趣”。“要研究中国社会学的真问题，你不能把重要的看成不重要。同时，研究中国的问题要能够和国际学术界讨论、对话。”这是孙立平的治学之道。 2、学术分期 孙立平在在80年代，主要研究方向为社会现代化。曾出版《社会现代化》、《走向现代之路》、《发展的反省与探索》等著作，并发表论文多篇。其间，提出现代化的时序模式、后发外生型现代化等理论。特别是后发外生型现代化理论在学术界产生了广泛的影响。 在进入90年代之后，研究的兴趣转向中国社会结构变迁。相继发表《改革以来中国社会结构的变迁》（合作）、《改革前后中国国家、民间统治精英和民众互动关系的演变》等论文，并提出了“总体性社会”、“总体性资本”、“自由流动资源”与“自由活动空间”等重要概念和理论。发表在《战略与管理》1998年第五期上的《中国社会结构转型的中近期趋势和隐患》（合作）受到海内外学术界的关注。 目前的研究方向主要是转型社会学。其主持的大型研究计划“二十世纪下半期中国农村社会变迁口述资料收集与研究”，关注的是作为一种文明的共产主义在日常生活实践中的运行逻辑。 另外主持的“当代中国农村中国家与农民关系研究”和“从单位制到社区制----社区建设研究”则关注于“总体性社会”向“后总体性社会”的转型过程。 二、关于本书 1、写书背景 90年代至2000年左右，中国社会在很大程度上已经是一个非常不同的社会。人们的生活在不知不觉中发生了一系列变化，种种不和谐的现象也开始出现。学术界对于这样一个正转型中的中国社会进行了许多的讨论。 2、研究问题及研究目的 作者在本书中从社会学的视角出发，提出了“断裂”的概念，旨在分析社会中各种不和谐及其背后的原因，并将“80年代”和“90年代”进行了具体的比较。
疲劳损坏案例与分析图文稿
疲劳损坏案例与分析文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
疲劳损坏案例与分析 (一) 胡讷敏 疲劳失效（或称“疲劳损坏”）是承受交变应力构件的一种失效形式。在机器设备应用中，疲劳失效可以造成小到齿轮、轴承一类的零件损坏，大到整台设备报废，甚至可能发生同时导致其他财产以致人身损害事故发生。在机器设备向大型、精密、高速、高价值发展的今天，疲劳失效以其破坏性巨大和不容易发现、预防更具风险。在保险实务中，若非对专业有所研究，一般对机器设备的疲劳损坏只是一种通俗理解，或者说只是一种概念性的了解。而仅以通俗理解或概念性的的知识分析保险责任、处理赔付案件，其道理自然不免苍白，所以在对疲劳失效导致的设备损坏的保险责任分析上一直是难题。这里将陆续介绍几个机损险项下疲劳损坏事故处理案例，同时提出个人见解，旨在抛砖引玉，希望引起注意与讨论。 案例一：压缩机曲轴断裂案 这是一座中型化肥生产企业曾发生的事故：夜班工作时，正在运转中的氮氢压缩机主轴意外断裂，造成压缩机严重损坏，被保险人要求保险人在机器损坏险保单下予以赔偿。 因本案损失较大和专业性较强，接到报案后，保险人随即委托公估公司查勘处理。经过查勘与现场了解，本案事故受损设备是一台功率为1300kw的氮氢压缩机，在夜班工作时发生巨响，随即停机，当时看到因
巨大的震动使压缩机扭转位移、曲轴箱等部分箱体发生破裂。拆开检查看到压缩机曲轴断裂，其他零件如连杆、活塞拉杆、轴瓦、瓦座、机体、曲轴箱等一大部分零件断裂或明显变形。经过对曲轴断口检查分析，确定为疲劳断裂，进而判定该机事故发生原因和过程为，运转中的压缩机曲轴疲劳断裂后，运动的断裂件对相邻零件的撞击以及强大的惯性与震动力导致其它零部件断裂或变形损坏。 在对保险责任的分析判定上，公估人依据技术分析和对保单条款的理解，在确认事故原因是疲劳损坏的基础上，认为疲劳损坏属于机器设备运行必然引起的后果，随后根据保单关于除外责任条款中关于“机器设备运行必然引起的后果，如自然磨损、氧化、腐蚀、锈蚀、孔蚀、锅垢等物理性变化或化学反应”的约定，认为不属于保险责任，建议保险人对本案事故损失拒赔处理。最终保险人没有完全采纳公估人的意见，而是与被保险人协议赔偿。 案件处理分析： 首先可以确认公估人对事故原因的分析，即判断“疲劳损坏”是正确的。简单地说，疲劳损坏是在材料受力小于其静强度极限的情况下，由于交变应力多次重复的作用，对于轴类零件会在表面或某一应力集中的点发生初始裂纹（称“疲劳源”），由于切口作用逐渐发展、扩大，则未断裂的实体连接部分承受的应力随之逐渐增加，直至超过其静强度极限后断裂。从曲轴断口的照片可以看到，A点位置是疲劳初期裂纹即疲劳源，自此裂纹逐渐向外发展；B区域可见裂纹以疲劳源为中心，波纹状向外发展；C区断面粗糙，是最后一次性断裂的表面。（如下图所示）
疲劳断裂失效分析与表面强化预防
栏目主持李牟翔疲劳断裂失效分析与表面强化预防 北京航空材料研究院（１０００９５）高玉魁 对于航空航天零部件而言，随着结构设计不断使用高强度结构材料来制造承力构件，越来越多的零件以疲劳断裂的方式发生失效事故。因此，总结疲劳断裂的失效特征，分析其影响凶素，探讨疲劳失效的预防措施一直是材料和力学等学科的研究工作者和工程师们所关心的课题。 对疲劳断裂失效而言，应该将疲劳裂纹的萌生与疲劳裂纹的扩展（包括疲劳小裂纹和长裂纹的扩展）结合起来，综合考虑疲劳裂纹的“裂”与“断”的过程，定量计算疲劳寿命，以便为设计提供数据支持和依据。目前的研究，材料工作者多从材料的组织结构特征方面来分析组织结构对疲劳寿命的影响，而断裂力学研究者则多从疲劳裂纹扩展寿命来计算安全的使用寿命。这两种方法都有一定的道理，并分别侧重于裂纹的萌生与扩展阶段的研究。对于疲劳断裂失效而言，疲劳断裂的过程都是先“裂”后“断”的。“疲劳断裂”不如“疲劳裂断”科学，这不仅是因为“疲劳裂断”可反映疲劳裂纹的萌生、扩展与断开的先后次序，而且“裂”还同时强调了裂纹的萌生和扩展两个阶段。一个零件要“裂”必须有裂纹的产生并使裂纹长大，要想“断”必须是零件上一定尺寸的裂纹在一定外力或环境的单独或共同作用下才能发生。因此，从“疲劳裂断”的进程来看，如何“防裂”、“止裂”、“防断”和“止断”不仅在科学理论上，而且在工程应用中都具有十分重要意义的研究课题。的强度潜力和使用性能；另一方面可提前预防失效事故并避免灾难的发生。为便于理解和使用，除了在此强凋“裂”外，下文仍采用“疲劳断裂”来描述疲劳失效。 １．结构材料的疲劳失效特征 疲劳失效是材料在循环载荷作用下发生的损伤和破坏过程。一般而言疲劳断裂包括裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终的断裂三个过程，因此疲劳断口上有三个相对应的区域，即裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区。根据所受载荷的水平、材料的力学特性、试样的形状尺寸与约束条件的不同，这三个区域的大小、形状和分布特征也不尽相同，但总体而言可归纳为下列的４个宏观规律特征： （１）疲劳失效为低应力长时间无明显塑性变形的宏观脆性断裂。 （２）疲劳失效是由材料局部的组织不断发生损伤变化并且逐渐累积而成，疲劳总是从最薄弱的区域开始（见图１）。 图ｌ疲劳裂纹萌生于内部的夹杂物缺陷 （３）疲劳断裂必须在循环应力和微观局部发生塑性 “防裂”和“止裂”是在“裂”上下功夫，通过分变形，以及拉伸应力作用下发生。前者是裂纹形成的条析裂的规律，找出裂的原因，提出防裂的措施，采用合 理的结构设计、合适的材料、适宜的热处理制度及可靠 的零件加工与适当的表面强化来改进开裂的方式，提高 开裂的抗力。“防断”和“止断”是在“断”字上做文 章，对存在一定尺寸的裂纹或缺陷，通过分析剩余寿命 ／剩余强度来计算构件的安全，一方面可充分发挥材料 囵踅Ｑ里堡箜！！塑整丝型堡旦箜蕉ｗｗｗ．ｍａｃｈｉｎｉｓｔ．ｃｏｍ．ｃｎ参磊卢工热ｌｍ－ｒ 件，后者是裂纹扩展的需要。 （４）疲劳失效具有随机性，裂纹的形成与扩展都需 要一定的晶体学条件、力学条件和变形的协调条件，而 且材料本身的组织结构、成分偏析与夹杂缺陷等的不均 匀性，决定了疲劳失效具有随机性。 从疲劳失效的断口分析而言，微观上讲具有以下 万方数据
HT200试棒脆性断裂失效分析
HT200试棒脆性断裂失效分析 过程装备与控制工程２０１３－２刘凯（２２）李阔（１６） 摘要：在机电装备的各类失效分析中以断裂失效最主要，危害最大，往往造成严重的后果及巨大的经济损失。试棒脆性断裂失效分析从断口的宏观外观、微观组织、受力状态等方面综合分析，解释断裂失效的原因。 关键字：ＨＴ２００试棒脆性断裂失效分析 断裂是金属构件在应力作用下材料分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象，是金属构件常见的失效形式之一，特别是脆性断裂，它是危害性甚大的失效形式。脆性断裂前构件的变形量很小，没有明显可以觉察出来的宏观变形量。断裂过程中材料吸收的能量很小，一般是在低于允许应力条件下的低能断裂。通过对ＨＴ２００拉力试棒断裂失效分析包括力学性能、化学成分、金相组织、其他相关性能；断口分析、表面分析，包括金相组织、电镜分析各种分析；失效现象及原因分析等综合学习掌握关于脆性断裂的相关知识 一、试样收集与观察 ＨＨＴ２００拉力试棒 图示拉力试棒为液压万能试验机拉断后的试棒，其原始尺寸如下图。 ＨＴ２００拉力试棒尺寸图 试棒装在液压万能试验机后，开动试验机缓慢加载。在拉伸过程中，没有肉眼可见的颈缩、屈服现象，，随着“砰”一声，试棒被拉断。拉断前的应变很小，伸长率也很小，十分典型的脆性断裂过程。 二、化学成分 脆性断裂实验所用拉力试棒为ＨＴ２００材料，具体含义为灰口铸铁抗拉强度为２００ＭＰａ，硬度范围为１６３～２５５ＨＢ，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。其具体化学成分如下表。
试验过程中观察不到拉力试棒明显的应变过程及颈缩现象，在较小的拉应力作用下就被拉断了，没有屈服和颈缩现象，拉断前的应变很小，伸长率也很小。其拉伸时的应力－应变关系是一段微弯的曲线，没有明显的直线部分，也没有明显的屈服阶段。 铸铁在拉断时的最大应力即为其强度极限。因为没有屈服现象，强度极限σ ｂ是衡量强度的唯一指标。σ ｂ ＝Ｆｂ Ａｏ 。 灰口铸铁σ－ε图 四、断裂试棒断口宏观形貌及其微观金相组织观察 脆性断裂是从金属构件内部原本存在的微小裂纹为裂纹源而开始的。因此，脆性断裂往往是突然发生的，断裂前基本没有肉眼可见的变形量。脆性断裂一般沿低指数晶面穿晶解理，解理是金属在正应力作用下沿解理面发生的一种低能断裂。由于解理是通过破坏原子间的键合来实现的，而密排面之间的原子间隙最大，键合力最弱，故绝大多数解理面是原子密排面。但也有一些脆性材料断裂是沿晶断裂，如晶界上有脆性物或有晶间腐蚀是，就有可能产生沿晶断裂。该拉力试棒为沿解理面断裂，故其断口的宏观形貌具有两个明显特征。一、其断口表面是明亮结晶状的，表面存在小刻面。一个多晶体金属材料的解理断口，由于其每个晶体的取向不同，所以其解理面与断裂面所取的位向也就不同，若把断口放在手中旋转时，将闪闪发亮，像存在许多分镜面。二、存在“山形”条纹。脆性材料在断裂时会从断裂源点形成“山形”裂纹。随着裂纹的发展，条纹会变粗，因此，根据断口“山形”裂纹的图形可以判断脆性断裂的裂纹扩展方向和寻找断裂起源点。综上并观察试棒断口分析可知ＨＴ２００拉力试棒为典型的脆性断裂。 脆性解理断裂的电子显微断口形态的一个特征是呈现河流花样。由于金属是多晶体，取向又是无序的，解理在某一晶粒内进行时以及穿过一个晶粒向相邻晶粒传播时，均会造成解理裂缝在不同的结晶面上断开，这些解理裂缝相交处即会形成台阶。在电子显微镜中这些解理台阶呈现出形似地球上的河流状形貌，故名河流状花样。沿着解理断裂的方向河流可以合并为“主流”。解理穿越晶界时，不仅河流花样的“流向”要发生变化，而且有可能加粗或部分消失由于实际晶体内部存在许多缺陷（位错、析出物、夹杂物等），所以在一个晶粒内的解理并不
疲劳强度破坏实例
疲劳强度破坏实例 疲劳破坏在局部应力最高的部位发生，某些机械，常常由于设计、制造、装配和使用中的不合理，造成零部件过早地发生疲劳断裂。 1．锻造用水压机，特别是1600吨以下的三梁（上横梁、活动横梁及下横梁）四柱式结构的小型水压机（图1.1），由于上、下横梁与立柱形成的框架的刚度小，在锻造过程中摇晃厉害，这样，常在立柱下端应力集中处发生疲劳破坏。图1.2为1250吨锻造水压机的立柱，材料为45钢经正火处理，立柱两端的锥台分别与上、下横梁联接，立柱有内孔，通高压液体。该水压机投产后不到两年，有一根立柱疲劳断裂，焊修后继续使用。另一根立柱因超载运行断裂，更换一旧立柱。再过一年大修时，将两根立柱都换上40Cr的新立柱，三年后，一根立柱又产生疲劳裂纹（图1.2所示）。还有一台1600吨水压机投产后一年半，一根立柱在下横梁上螺母上部退刀槽处发生疲劳断裂（图1.3）。从上面的例子可以看出，水压机立柱的疲劳断裂，大都发生在下横梁上螺母（或锥台）与立柱光滑区的过渡圆角处，该处的应力集中最大。 水压机横梁的疲劳破坏，可以分为两种情况：下横梁及活动横梁的疲劳破坏，都发生在梁的中央部位。因为这种横梁各截面的面积近似相等，中央截面上的弯矩最大。例如，一台1250吨水压机投产后十年，在下横梁中央部位产生疲劳裂纹。另一台1000吨水压机投产一年后，于活动横梁中央产生疲劳裂纹，修焊后使用了两年又开裂。对于梯形的上横梁，最高的局部应力不在中央截面上，而在上横梁与柱套交界的圆弧处。因此，疲劳破坏在交界圆弧处发生。
2．轧机闭式机架用于初轧机、钢坯轧机及板轧机等。对于以强度为主要要求的轧机机架，其破坏形式是弯曲疲劳破坏。疲劳裂纹源常发生在压下螺母孔的过渡圆弧r处（图1.4中的1处），该处的峰值应力最高。但有些轧机（如1200薄板迭轧机）工作十年后，发现在上横梁与立柱过渡圆角处有30mm长的裂纹（图1.4中的2处）。 3．运锭车用于将罩式加热炉中的大钢锭运到初轧机前的受料辊道上，它经受冲击，热锭温度的周期变化与运送中车辆的振动。在一次操作后，发现机架的圆角处有300mm长的裂纹（图1.5），可看出发现裂纹时，裂纹已经历了一段扩展时期。后来，在裂纹尖端钻Φ16mm的止裂孔，从此裂纹没有发展，设备一直在使用中。
断裂分析报告
M10-45H 内六角紧定螺钉 断裂分析 据客户反映，由本公司供应的M10-45H 紧定螺钉，安装过程中发生故障。 现状：M10-45H 内六角紧定螺钉，在密封锁紧螺母安装过程中发生断裂； 安装过程：在部件上指定部位使用43~48N.m 扭矩旋入紧定螺钉（作为限位螺钉使用），然后，在紧定螺钉露出端使用43~48N.m 的终拧扭矩旋入密封锁紧螺母并拧紧，防止螺钉与基体之间的间隙造成介质渗漏。 一，失效件检测分析： 1，断口形貌宏观观察： 断面基本与轴线垂直，颜色灰色，颗粒细小均匀；放大10倍进行观测，未见目测可见原始裂纹。 2，机械性能检测： 3，金相检测分析： 沿轴线使用线切割方式制样，检测了纵向剖面的金相组织。如下图图1和图2。 图1 芯部金相x500 芯部金相组织：回火马氏体+回火屈氏体 图2 螺纹金相x200 螺纹部位金相：无脱碳层或渗碳层 4，化学成分分析： 合金钢SCM435: 0.35%C, 0.21%Si, 0.70%Mn, 0.013%P, 0.007%S, 1.04%Cr, 0.185%Mo 符合GB3098.3对45H 级螺钉的材质要求。 失效件检测分析表明，该产品机械性能和使用材料完全符合GB3098.3标准要求 二，断裂原因分析： 对失效件的机械性能检测、金相组织检测、化学成分检测结果表明，产品完全符合标准规范。 对照标准GB/T 3098.3-2000，在标准条文内第一章，标准范围，对该产品的描述，第一段有明确：本标 准 规 定了由碳钢或合金钢制造的、在环境温度为10-35℃条件下进行试验时，螺纹公称直径为1.6- 24m m 的紧定螺钉及类似的不受拉应力的紧固件机械性能。如下截图：
ansys疲劳分析报告
1.1 疲劳概述 结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。疲劳通常分为两类：高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。因此，应力通常比材料的极限强度低，应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳；低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。 在设计仿真中，疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳。接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论。 1.2 恒定振幅载荷 在前面曾提到，疲劳是由于重复加载引起： 当最大和最小的应力水平恒定时，称为恒定振幅载荷，我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论。 否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷。 1.3 成比例载荷 载荷可以是比例载荷，也可以非比例载荷： 比例载荷，是指主应力的比例是恒定的，并且主应力的削减不随时间变化，这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算。 相反，非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系，典型情况包括： σ1/σ2=constant 在两个不同载荷工况间的交替变化； 交变载荷叠加在静载荷上； 非线性边界条件。 1.4 应力定义 考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况： 应力范围Δσ定义为(σmax-σmin) 平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2 应力幅或交变应力σa是Δσ/2 应力比R是σmin/σmax 当施加的是大小相等且方向相反的载荷时，发生的是对称循环载荷。这就是σm=0，R=-1的情况。 当施加载荷后又撤除该载荷，将发生脉动循环载荷。这就是σm=σmax/2，R=0的情况。 1.5 应力-寿命曲线 载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示： （1）若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效； （2）如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少； （3）应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系。 S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到的弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态，影响S-N曲线的因素很多，其中的一些需要的注意，如下： 材料的延展性，材料的加工工艺，几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中，载荷环境，包括平均应力、温度和化学环境，例如，压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长，相反，拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短，对压缩和拉伸平均应力，平均应力将分别提高和降低S-N曲线。 因此，记住以下几点：一个部件通常经受多轴应力状态。如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态的测试中得到的，那么在计算寿命时就要注意：（1）设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N曲线相关联的选择，包括多轴应力的选择；（2）双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况。
失效分析
失效分析 第三章失效分析的基本方法 1.按照失效件制造的全过程及使用条件的分析方法：（1）审查设计（2）材料分析（3）加工制 造缺陷分析（4）使用及维护情况分析 2.系统工程的分析思路方法：（1）失效系统工程分析法的类型（2）故障树分析法（3）模糊故 障树分析及应用 3.失效分析的程序：调查失效时间的现场；收集背景材料，深入研究分析，综合归纳所有信息 并提出初步结论；重现性试验或证明试验，确定失效原因并提出建议措施；最后写出分析报告等内容。 4.失效分析的步骤：（1）现场调查①保护现场②查明事故发生的时间、地点及失效过程③收集 残骸碎片，标出相对位置，保护好断口④选取进一步分析的试样，并注明位置及取样方法⑤询问目击者及相关有关人员，了解有关情况⑥写出现场调查报告（2）收集背景材料①设备的自然情况，包括设备名称，出厂及使用日期，设计参数及功能要求等②设备的运行记录，要特别注意载荷及其波动，温度变化，腐蚀介质等③设备的维修历史情况④设备的失效历史情况⑤设计图样及说明书、装配程序说明书、使用维护说明书等⑥材料选择及其依据⑦设备主要零部件的生产流程⑧设备服役前的经历，包括装配、包装、运输、储存、安装和调试等阶段⑨质量检验报告及有关的规范和标准。（3）技术参量复验①材料的化学成分②材料的金相组织和硬度及其分布③常规力学性能④主要零部件的几何参量及装配间隙（4）深入分析研究（5）综合分析归纳，推理判断提出初步结论（6）重现性试验或证明试验 5.断口的处理：①在干燥大气中断裂的新鲜断口，应立即放到干燥器内或真空室内保存，以防 止锈蚀，并应注意防止手指污染断口及损伤断口表面；对于在现场一时不能取样的零件尤其是断口，应采取有效的保护，防止零件或断口的二次污染或锈蚀，尽可能地将断裂件移到安全的地方，必要时可采取油脂封涂的办法保护断口。②对于断后被油污染的断口，要进行仔细清洗。③在潮湿大气中锈蚀的断口，可先用稀盐酸水溶液去除锈蚀氧化物，然后用清水冲洗，再用无水酒精冲洗并吹干。④在腐蚀环境中断裂的断口，在断口表面通常覆盖一层腐蚀产物，这层腐蚀产物对分析致断原因往往是非常重要的，因而不能轻易地将其去掉。 6.断口分析的具体任务：①确定断裂的宏观性质，是延性断裂还是脆性断裂或疲劳断裂等。② 确定断口的宏观形貌，是纤维状断口还是结晶状断口，有无放射线花样及有无剪切唇等。③查找裂纹源区的位置及数量，裂纹源的所在位置是在表面、次表面还是在内部，裂纹源是单个还是多个，在存在多个裂纹源区的情况下，它们产生的先后顺序是怎样的等。④确定断口的形成过程，裂纹是从何处产生的，裂纹向何处扩展，扩展的速度如何等。⑤确定断裂的微观机理，是解理型、准解理型还是微孔型，是沿晶型还是穿晶型等。⑥确定断口表面产物的性质，断口上有无腐蚀产物，何种产物，该产物是否参与了断裂过程等。 7.断口的宏观分析（1）最初断裂件的宏观判断①整机残骸的失效分析；②多个同类零件损坏的 失效分析；③同一个零件上相同部位的多处发生破断时的分析。（2）主断面（主裂纹）的宏观判断①利用碎片拼凑法确定主断面；②按照“T”形汇合法确定主断面或主裂纹；③按照裂纹
高周疲劳失效分析
发动机叶片高周疲劳失效分析 090605 鲍海滨 摘要：为了降低航空发动机叶片的高循环疲劳失效。分析了导致高循环疲劳失效的原因、失效准则，以及一种研究材料多轴高周疲劳的新途径。 关键词：航空发动机叶片高循环疲劳失效 1 引言 航空发动机结构完整性和可靠性设计，对满足现代高性能航空发动机高推重比(高功质比)、高适用性、高可靠性、耐久性和低成本的要求起着至关重要的作用。采用先进的气动设计和先进结构、新材料、新工艺是现代高性能航空发动机最重要的特征，而无论是先进的气动设计，还是先进的结构、材料和工艺，都必须建立在结构完整性和可靠性的基础上。 航空发动机结构完整性和可靠性方面的不足严重地制约着在研发动机的研制目标和周期。在中国航空发动机研制过程中，科研人员最深刻的体会是，相对而言实现发动机性能指标的周期要短一些，也有一些有效的办法，而大量的结构完整性和可靠性问题特别是叶片断裂故障却显著地影响着发动机的质量和设计定型的周期。 导致叶片断裂失效的原因是多方面的[1，2]，根据不同的参考标准和参量，疲劳断裂二级失效模式如图1所示[3] 据统计，在燃气涡轮发动机中，由高循环疲劳引发的事故约占总事故的25%。因此，最大限度地降低航空发动机叶片高循环疲劳失效是最现实、亟待解决的任务。
根据频率 根据应力大小 根据温度 穿晶型疲劳断裂 沿晶型疲劳断裂 剪切型疲劳断裂 正断型疲劳断裂 晶格型 非晶格型 机械疲劳断裂 热疲劳断裂 拉—压疲劳断裂 弯曲疲劳断裂 扭转疲劳断裂 接触疲劳断裂 低温疲劳断裂 高温疲劳断裂 机械疲劳断裂 腐蚀疲劳断裂 应力疲劳断裂 应变疲劳断裂 高周疲劳断裂 低周疲劳断裂 高频疲劳断裂 低频疲劳断裂 室温疲劳断裂 图1 疲劳二级失效模式分类 2 高周疲劳失效的影响因素 2.1名义应力的影响 很早的时候就确认名义应力会引起失效。125年前Wohler[4]发现随着名义拉应力的增加引起失效的交变应力幅将随之减少。后来Gerber[5]提出抛物线关系理论，即应力幅与名义应力间存在着抛物线关系，相应于零幅值交变应力的名义应力极限等于材料的拉伸极限。Goodmen用对称交变应力和名义应力的线性关系代替抛物线关系增加了设计的安全裕度。事实上，设计中很多有疲劳极限低于此直线值，Goodmen曲线实为一种保守设计。Miller 用循环应力代替但相对屈服应力对这一理论作了另一种解释。 令人惊讶的是，这些理论中的关系式没有一条被试验验证。而我们却已把这些理论广泛用于工程实际，因此使用诸如Goodmen这些保守理论并非有什么不合理。还有一种情况我们引起注意，即压应力并不减少改变许用的交变载荷。事实上，平均压应力常会增加疲劳强度，所以对于设计计算，疲劳强度考虑成与零平均应力的疲劳强度相一致。
疲劳和断裂读书报告
材料的疲劳和断裂读书报告 在这个报告里，首先阐述材料的疲劳和断裂机理、规律，其次阐述钛合金的疲劳和断裂，以及解决方法。在之前的本科课程里《工程材料力学性能》、《》、《失效分析》，对金属的疲劳、断裂、蠕变都进行了较为详细的阐述。同时，也进行了TC4合金的疲劳性能实验，因此对疲劳相关的知识有了一定的了解。 在大多数情况下，零件承受的并不是静载荷，而是交变载荷。在交变载荷作用下，材料往往在低于屈服强度的载荷下，发生疲劳断裂。例如，汽车的车轴断裂，桥梁，飞机等。因此对于疲劳断裂的研究是很有意义的。 一般来说，疲劳的定义是：金属材料或构件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象称为疲劳。断裂的定义是：由弥散分布的微裂纹串接为宏观裂纹，再由宏观裂纹扩展为失稳裂纹，最终材料发生断裂。在此，需要明确疲劳和断裂的关系。疲劳和断裂在机理研究和工程分析时是紧密相连的，只是疲劳更侧重于研究裂纹的萌生，断裂力学则侧重于裂纹的扩展，即带裂纹体的强度问题。 对于疲劳，阐述的思路是疲劳分类及特点，疲劳机理与断口，疲劳性能表征，影响疲劳的因素。对于断裂，从宏观和微观的角度分别阐述。 疲劳 疲劳分类及特点 疲劳分类方法如下： 按应力状态不同，可以分为弯曲疲劳、扭转疲劳、拉压疲劳及复合疲劳； 按环境和接触情况不同，分为大气疲劳、腐蚀疲劳、高温疲劳、热疲劳、接触疲劳； 按照断裂寿命和应力高低不同，分为高周疲劳和低周疲劳，其中高周疲劳也是低应力疲劳，低周疲劳即高应力疲劳。 疲劳特点如下： 材料在交变载荷峰值远低于材料强度极限时，就可能发生破坏，表现为低应力脆性断裂特征。这是因为，疲劳时应力较低（低于屈服强度），因此在宏观上看，材料没有塑性变形。在裂纹扩展到临界尺寸时，发生突然断裂。 材料疲劳是一个累积过程，尽管疲劳断裂表现为突然断裂，但是在断裂前经历了裂纹萌生，微裂纹连接长大，裂纹失稳扩展的过程。而形成裂纹后，可以通过无损检测的方法来判断裂纹是否达到临界尺寸，从而来判断零件的寿命。 疲劳寿命具有分散性。对于同一类材料来说，每次疲劳测试的结果都不会相同，有的时候相差很大。因此在测量疲劳寿命时，需要采用升降法和分组法来测得存活率为50%的疲劳强度。疲劳对于缺陷很敏感。这些缺陷包括材料表面微裂纹，材料应力集中部分，组织缺陷等。这些缺陷加速材料的疲劳破坏。 疲劳断口记录了疲劳断裂的重要信息，通过断口分析能了解到疲劳过程的机理。 疲劳裂纹形成和扩展机理及断口 一般把疲劳分成裂纹形成和裂纹扩展过程。而研究疲劳机理，都是借助于某一种模型来研究，这在断裂力学，蠕变过程的研究中经常看到。 裂纹形成： 资料表明，疲劳微观裂纹都是由不均匀的局部滑移和显微开裂引起的。主要包括表面滑移带开裂；第二相、夹杂物或其界面开裂；晶界或亚晶界开裂等。 裂纹形成的延性材料滑移开裂模型。 在静拉伸过程中，可以在光滑试样表面看到滑移带，这是由于位错的滑移形成的。在交变载
失效分析习题
填空： 1.常见的断裂分类有： 1）根据断裂时变形量的大小，将断裂失效分为两大类，即脆性断裂和延性断裂。 2）按裂纹走向与金相组织的关系，将断裂失效分为穿晶断裂和沿晶断裂。 3）按断裂机制与形貌将断裂失效分为：1）按断裂机制进行分类，分为微孔型断裂、解理型（准解理型）断裂、沿晶断裂及疲劳型断裂等。2）按断口的宏观形貌分类，分为纤维状、结晶状、细瓷状、贝壳状及木纹状，人字形、杯锥状等。3）按断口的微观形貌分类，分为微孔状、冰糖状、河流花样、台阶、舌状、扇形花样、蛇形花样、龟板状、泥瓦状及辉纹等。4）按加工工艺或产品类别对断裂进行分类：1）按加工下艺分类，有铸件断裂、锻件断裂、磨削裂纹、焊接裂纹及淬火裂纹等。2）按产品类别分类，有轴们断裂齿轮断裂、连接件断裂压力容器断裂和弹簧断裂等。 2.失效分析可分为：事前分析、事中分析和事后分析。 3.腐蚀产物的去除方法有化学法、电化学法及干剥法等。 4.解理断裂的微观形貌特征主要是：河流花样及解理台阶，除此之外尚有舌状花样、鱼骨状花样、扇形花样及羽毛花样等以及珠光体解理。 5.典型的疲劳断口的宏观形貌结构可分为疲劳核心、疲劳源区、疲劳裂纹的发展区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五个区域。 二、判断 1.缩孔：由于金属从液态至固态的凝固期间，产生的收缩得不到充分补缩，使铸件在最后凝固部位形成具有粗糙的或粗晶粒表面的孔洞，一般呈倒锥形。 2.点腐蚀：只有在特定的介质中才能发生点腐蚀。当介质中的氯离子和氧化剂（如溶解氧）同时存在时，容易发生点腐蚀、大部分设备发生的点腐蚀失效都是氯化物和氯离子引起的。 3.晶间腐蚀：某种材料是否发生晶间腐蚀取决于材料／介质体系的特征。在这种体系中，材料的晶界区域比晶粒本体的溶解速度大，所发生的腐蚀即为晶间腐蚀。 只有那些能使不锈钢的晶界呈现活化状态，而晶粒呈现钝化状态的介质环境，才会发生晶间腐蚀。 金属发生晶间腐蚀后，在宏观上几乎看不到任何变化，几何尺寸及表面金属光泽不变，但其强度及延伸率显著降低。 4.在一般情况下，当应力较小、腐蚀介质较弱时，应力腐蚀裂纹多呈沿晶扩展；相反，当应力较大、腐蚀介质较强时，应力腐蚀裂纹通常是穿晶扩展。 5.微孔型断裂的宏观表现：宏观塑性的微孔断裂（提高材料的塑变抗力防止）、宏观脆性的微孔断裂（提高材料的断裂韧度）。 6.冷脆金属低温脆断断口的宏观特征：结晶状，并有明显的镜面反光现象。冷脆金属低温断裂断口的微观形貌具有典型的解理断裂特征：河流花样、台阶、舌状花样、鱼骨花样、羽毛状花样、扇形花样等。 7.准解理断裂：从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的马氏体组织，回火温度低，易产生此类断裂。为了防止此类断裂，最有效的办法就是提高钢材的抗低温脆断的能力，即降低钢材的脆性转折温度。 三、名词解释
实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析
实验一脆性断裂和韧性断裂断口失效分析 一、实验目的 了解模具脆性断裂和韧性断裂断口失效分析步骤以及模具脆性断裂和韧性断裂断口的宏观和微观特征。 二、实验内容及步骤 1、模具脆性断裂和韧性断裂宏观断口的观察 （1）操作前的准备工作 a.选定失效模具的待分析部位； b.选定并切割试样、清洗并擦拭干净。 （2）操作步骤 a.用放大镜或低倍显微镜观察脆性断裂和韧性断裂断口； b.记录上述所观察到的脆性断裂和韧性断裂宏观断口形貌。 2、模具脆性断裂和韧性断裂微观断口的观察 （1）操作前的准备工作 a.选定失效模具的待分析部位； b.选定并切割试样、将试样严格清洗干净； （2）操作步骤 a.将试样放入扫描电子显微镜工作室并将扫描电子显微镜调整到 工作状态； b.用扫描电子显微镜观察脆性断裂和韧性断裂断口 c.记录上述所观察到的脆性断裂和韧性断裂微观断口形貌。 三、实验设备器材 1、放大镜、低倍显微镜、扫描电子显微镜、试样切割机、无水酒精、丙酮 2、脆断失效模具和韧性断裂失效模具各一副。 四、实验注意事项 1、实验前，试样表面要严格请洗； 2、使用显微镜时要细心操作，以免损坏机件。 3、遇故障及时报告指导教师。
实验二模具表面磨损失效分析 一、实验目的 了解模具磨损失效分析步骤以及模具磨损表面的宏观和微观特征。 二、实验内容及步骤 1、模具磨损表面宏观形貌的观察 i.操作前的准备工作 1.选定失效模具的待分析部位； 2.清洗并擦拭干净。 ii.操作步骤 1.用放大镜或低倍显微镜观察模具磨损表面形貌； 2.记录上述所观察到的磨损表面形貌。 2、模具磨损表面微观形貌的观察 i.操作前的准备工作 1.选定失效模具的待分析部位； 2.将试样严格清洗干净； ii.操作步骤 1.将试样放入扫描电子显微镜工作室并将扫描电子显微镜调整到 工作状态； 2.用扫描电子显微镜观察模具（或40Cr）磨损表面微观形貌; 3.记录上述所观察到的模具（或40Cr）磨损表面微观形貌。 3、磨损失效机理分析 ⅰ根据模具表面磨损失效的宏观断口分析结果，初步判定模具磨损失效的类型和失效机理。 ⅱ根据模具表面磨损失效的微观断口分析结果，准确判定模具磨损失效的类型和失效机理。 三、实验设备器材 1、放大镜、低倍显微镜、扫描电子显微镜、高纯氩气、无水酒精、丙酮 2、磨损失效模具一副或40Cr经表面强化试样。 四、实验注意事项 1、实验前，试样表面要严格请洗； 2、使用显微镜时要细心操作，以免损坏机件。 3、遇故障及时报告指导教师。