低周、腐蝕、熱疲勞斷裂的分析、判斷及案例
2021-07-13 05:53:12
hualin
疲勞斷裂的宏觀分析
典型的(de)(de)疲勞斷口(kou)按照斷裂過程(cheng)的(de)(de)先后(hou)有三(san)個明顯的(de)(de)特征區(qu)，即(ji)疲勞源區(qu)、擴展區(qu)和(he)瞬斷區(qu)。
01 源(yuan)區的宏觀特征
氧化(hua)或腐蝕(shi)嚴重，顏(yan)色較(jiao)深；
斷面平坦、光滑、細密，有些(xie)可見(jian)閃(shan)光小刻面；
有放(fang)(fang)射(she)臺階或(huo)放(fang)(fang)射(she)棱線；
向外發射(she)疲勞弧線(xian)的(de)中心。
02 擴展區(qu)的宏觀特征
斷(duan)面(mian)平坦、與主應力垂直，顏色(se)介(jie)于源區(qu)和瞬斷(duan)區(qu)，最基本的特征是疲勞弧(hu)線，也(ye)稱海灘花樣或貝殼花樣。
03 瞬斷區的宏觀特征
與靜(jing)載拉伸斷口相(xiang)近，瞬斷區面積的(de)大小(xiao)取決于載荷的(de)大小(xiao)、材料的(de)性(xing)質環境(jing)介質等因素。
案例：某電氣控制(zhi)盒固定腳焊縫附近斷(duan)(duan)裂(lie)，斷(duan)(duan)口可見疲勞弧線(xian)和源區的磨損特征，擴展較充(chong)分，瞬斷(duan)(duan)區面(mian)積較小，斷(duan)(duan)口具有典型的疲勞斷(duan)(duan)裂(lie)特征。
圖1 斷口疲勞(lao)弧線與源處的(de)磨(mo)損
圖2 斷口宏觀形(xing)貌
疲勞斷口的微(wei)觀分析
疲勞斷裂的微(wei)觀分析一(yi)般包括以下內容：
01 源區的微觀(guan)分析
具體(ti)(ti)位置：多源(yuan)疲勞：主源(yuan)、次源(yuan)；微觀形貌特征(zheng)：加工及材質缺陷
02 擴展區的微觀(guan)分析
第一擴(kuo)展(zhan)區：有(you)無疲勞(lao)條帶、韌(ren)窩、臺(tai)階二次裂紋等；
第二擴展區：有無疲勞條帶及(ji)疲勞條帶的性質。
03 瞬斷區的(de)微觀分(fen)析（韌窩形態）
低周疲勞斷裂的判斷依據
01 宏(hong)觀(guan)特征
多源，且多為線狀；
瞬(shun)斷區(qu)面積大；
疲(pi)勞弧線間距大(da)，穩定擴(kuo)展(zhan)區棱線粗、短；
斷口高差(cha)較大(da)。
02 微(wei)觀特(te)征
對(dui)低周疲(pi)勞(lao)，由于(yu)宏觀塑(su)性變形較大，靜載斷(duan)裂機理就會出(chu)(chu)現在疲(pi)勞(lao)斷(duan)裂過程中，在斷(duan)口上出(chu)(chu)現各種靜載斷(duan)裂所產生的斷(duan)口形態。
案例：
某發動機(ji)的渦輪葉(xie)片(pian)和輪盤上(shang)多個榫齒(chi)(chi)出現(xian)了超過修理標準的裂(lie)(lie)紋，且裂(lie)(lie)紋部位基本上(shang)在第(di)三齒(chi)(chi)，多數(shu)為單裂(lie)(lie)，少數(shu)為對裂(lie)(lie)，亦有鄰裂(lie)(lie)的情況。
斷口源(yuan)區為(wei)(wei)穿晶滑移(yi)類解理斷裂(lie)形貌(mao)，呈多源(yuan)特(te)征(zheng)，擴展區主要為(wei)(wei)扇形解理擴展形貌(mao)和(he)疲勞條帶特(te)征(zheng)，為(wei)(wei)起(qi)始(shi)應(ying)力較大的以低(di)周疲勞為(wei)(wei)主的疲勞開裂(lie)。
圖(tu)3 葉片槽位處裂紋(wen)斷口低(di)倍
圖4 擴展區載荷變化較大(da)的條帶特(te)征
圖(tu)5 據源區較遠處條帶特征(zheng)
腐蝕(shi)疲勞斷裂失效分析
腐蝕(shi)(shi)疲勞斷裂是(shi)在腐蝕(shi)(shi)環境與交(jiao)應載荷(he)協同、交(jiao)互作用下發生的一(yi)種(zhong)失效模式。
01 腐蝕(shi)疲勞的斷裂特征(zheng)
斷口低倍呈(cheng)現明顯的疲(pi)勞弧線；
源區和(he)擴展區一般有腐(fu)蝕產物；
一般起源于(yu)表面腐(fu)蝕(shi)損傷處(chu)；
擴(kuo)展區具有某(mou)些明顯(xian)的腐蝕(shi)特征(zheng)，如(ru)腐蝕(shi)坑、泥紋(wen)花樣(yang)等；
穿(chuan)晶解(jie)理脆(cui)性疲勞條帶是其重(zhong)要的微觀(guan)特征(zheng)；
若腐蝕損傷占主(zhu)導地位(wei)，則斷口呈現穿晶與沿晶混合(he)型；
當Kmax> KIscc，在(zai)頻率很低的(de)情(qing)況下，其斷(duan)口呈現出穿(chuan)晶解理與韌(ren)窩的(de)混合特征。
02 影響腐蝕(shi)疲(pi)勞斷裂的因(yin)素
環境、受力(li)狀態(tai)、材質(zhi)
03 腐(fu)蝕(shi)疲勞(lao)斷裂失(shi)效分(fen)析的判斷依據
交變應(ying)力和腐蝕環境；
斷面灰暗、無金屬光澤，有(you)明顯疲(pi)勞弧線；
有腐蝕產(chan)物和(he)腐蝕損傷的痕(hen)跡；
疲勞(lao)條帶多有脆性(xing)解理(li)特征。
熱疲勞斷裂失效分析
零件在(zai)沒(mei)有外加載荷(he)的(de)情況下，由于工(gong)作溫度的(de)反復變化而導致的(de)開裂(lie)叫熱疲(pi)勞。
熱疲勞斷口的形貌特(te)征
01 熱疲勞裂紋易產生于應變(bian)集(ji)中處；
02 光(guang)滑表面零(ling)件，則(ze)易產生于溫度高(gao)，溫差大的(de)部(bu)位，可發現熱疲勞裂紋(wen)發展極(ji)不規則(ze)，裂紋(wen)多(duo)為沿晶開裂；
03 微觀形貌為韌窩(wo)和疲勞條帶；
04 熱(re)疲勞裂紋(wen)附近，顯微(wei)硬度降低。