断口分析Word文件下载.docx

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不具有典型的疲劳断口特征，属于不正常的弯曲断裂。

其断口特征：

沿弯曲方向上下呈灰褐色无金属光泽的断层；

而内层呈银灰色白亮条状新断口〔见图1〕。

图1

3.典型的金属疲劳断口

典型的疲劳断口定会出现疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区三个特征。

断口具有典型的“贝壳状〞或称“海滩状〞。

3-1疲劳裂纹源区：

是疲劳裂纹萌生的策源地，它处于机件的外表，形状呈平坦、白亮光滑的半圆或椭圆形，这是因为疲劳裂纹的扩展过程速度缓慢，裂纹经反复挤压摩擦而形成的。

它所占有的面积较其他两个区要小很多。

疲劳裂纹大多是因受交变载荷的机件外表有缺陷；

譬如裂纹、脱碳、硬伤痕、焊点等缺陷形成应力集中而引起的。

疲劳裂纹点在同一个机件上可能有多处，换句话说可能有多处疲劳裂纹源区，这需要我们去仔细解读疲劳断口。

3-2疲劳裂纹扩展区：

是形成疲劳裂纹后慢速扩展的区域。

它是判断疲劳断裂的最重要的特征区。

它以疲劳源区为中心，与裂纹扩展方向垂直呈半圆形或扇形的弧线，也称疲劳弧线呈“贝纹状〞。

疲劳弧线是因机器运转时的负载变化、反复启动和停止而留下的塑性变形痕迹线。

金属材料的塑性好、工作温度高及有腐蚀介质存在时那么弧线清晰。

3-3瞬时断裂区：

由于疲劳裂纹不断扩展使机件的有效断面减小，因此应力不断增加直至截面应力到达材料许用应力时，瞬时断裂便发生了。

材料塑性大时，断口呈暗灰色纤维状；

脆性材料的断口呈结晶状。

小结：

要点:

疲劳宏观断口的特征

断口拥有三个形貌不同的区域：

疲劳源、疲劳区、瞬断区。

随材质、应力状态的不同，三个区的大小和位置不同。

1、疲劳裂纹源区

裂纹的萌生地；

裂纹处在亚稳扩展过程中。

由于应力交变，断面摩擦而光亮。

加工硬化。

随应力状态及应力大小的不同，可有一个或几个疲劳源。

2、疲劳裂纹扩展区〔贝纹区〕

断面比拟光滑，并分布有贝纹线。

循环应力低，材料韧性好，疲劳区大，贝纹线细、明显。

有时在疲劳区的后部，还可看到沿扩展方向的疲劳台阶〔高应力作用〕。

3、瞬时断裂区

一般在疲劳源的对侧。

脆性材料为结晶状断口；

韧性材料有放射状纹理，边缘为剪切唇。

范例一：

前稳定杆拉杆断头

最近前稳定杆拉杆在市场上出现屡次短头现象，见图2

图2

其断口形状见图3.

图3

分析：

由于故障里程都很短，理应不属于疲劳断裂的范畴，但从断口来看它更像2-2中所描述的超过抗拉极限范围内的弯曲断口。

引起此故障的可能因素有二：

1）在极限载荷下产生的弯曲断裂

2）材料与工艺上的原因

首先作一简单验算〔见图4〕：

：

前稳定杆扭转角刚度

Kβ

当汽车满载，车轮上下跳动±

100mm时，

稳定杆的工作扭角β=±

7.5°

A=25mm

计算：

稳定杆的交变力矩M0=±

Kβ×

β=±

87.3×

=±

655Nm

稳定杆端头作用力

图4

拉杆AA断面处的弯曲应力σ

拉杆材料为20号钢，许用应力是σ=45000N/cm2，在极限状态下就有可能产生断头故障，不过这还要进一步调查分析后才能下结论。

范例二。

球笼驱动轴断裂原因分析

1．问题：

08-02-25日一辆下线车在打力矩时在花键轴处断裂〔图1〕。

2．损坏件断口描述：

〔见图2〕

1〕在花键部位被拉断。

2〕断口有两个区域，一为暗区〔已产生的裂纹断面〕；

另一为亮区〔新拉裂的断面〕。

3〕在暗区边缘沿花键根部有一明显的淬火裂纹〔因它而扩散到整个暗区，形成断裂面〕。

4〕断口金相颗粒比拟细小均匀，说明热处理正常。

3．根本分析

1〕暗区系零件中频淬火时，因花键根部出现淬裂导致该区大面积与主体裂开。

2〕剩余的亮区局部，在M22×

1.5螺旋打力矩时，承受不了强大的轴向拉力而拉断。

4．验证计算

1〕：

材料为55号碳素钢；

花键齿的根径D=φ23mm

螺纹M22×

1.5螺距t=

扭紧力矩M=217±

20Nm

55号钢的屈服极限为σs=382N/mm2

抗拉强度为σT=647N/mm2

螺纹和螺母之间的摩擦系数μ=0.15（钢—钢）

2）验算:

螺母在用M力矩扭紧时,计入摩擦的影响,所产生的轴向力Q可按以下公式计算:

125044N

×

222）/2=189mm2

断口的拉应力:

σ=Q/A=125044/189=662N/mm2

该值已到达或超过55号钢的抗拉强度［σT］=660N/mm2

必然在打扭矩时被拉断,如果淬火时零件未出现淬火裂纹,那么断口的拉应力σ=330N/mm2,大大小于55号钢的抗拉强度［σT］=660N/mm2,因此是平安的。

5．结论：

损坏的样件是由于产生淬火裂纹，从而导致打扭矩时拉断。

摆臂断裂

从断口的齐整状态来看像刀切一般，只有一种因素可导致此结果。

众所周知，钢材在轧制时其金属纤维的流向与轧制方向相一致，像木板一样，平行木材纤维施加弯矩那么可轻易掰断木板，垂直木材纤维施加弯矩时那么很难掰断木板。

对于受力较大的底盘冲压件在落料工序编制时，一定要重视钢板流线的方向，不能与受力方向顺向，否那么制成的另件就会出现上面的为难。