1. 疲劳断口宏观特征
疲劳断口宏观上由3 个区域组成。疲劳裂纹萌生区、疲劳裂纹扩展区和最终断裂区，如图3-22、图3-23 所示。
图3-22 疲劳宏观断口区域划分示意图
图3-23 真实疲劳断口宏观形貌
（1）疲劳裂纹萌生区。
由于材质的质量、加工缺陷或结构设计不当等原因，在零件的局部区域造成应力集中，该区是疲劳裂纹产生的策源地。从疲劳断口形貌上来看，疲劳源区的光亮度最大，因为这里在整个裂纹亚稳定扩展阶段中断面之间不断摩擦挤压，故显示光亮平滑。在一个疲劳断口中，疲劳源可以有一个或几个不等，主要与构件的应力状态及应力的大小有关。
如图3-24 所示为弯曲疲劳的断口。在承受低名义应力时，对于应力集中较小的，疲劳裂纹扩展区占的面积相对比较大，而且最终断裂区并不正好位于疲劳源的对侧，而是以逆旋转方向偏离一个位置。对于应力集中较大的，不仅扩展区减小，而且最终断裂区已不在轴的表面，渐渐移向中心。在承受高名义应力时，即使对应力集中小的轴，表面的疲劳源已有多处，裂纹扩展形成棘轮形，最终断裂区位于轴的中心。对于高应力集中的轴，表面的疲劳源更多。
图3-24 典型疲劳断口形貌
当断口中同时存在几个疲劳源时，可以根据源区的光亮度、相邻疲劳区的大小和贝纹线的密度来确定它们的产生顺序。疲劳源区光亮度越大，相邻疲劳区越大，贝纹线越多越密者，其疲劳源就越先产生；反之，则疲劳源就越晚产生。
（2）疲劳裂纹扩展区。
扩展区是裂纹亚稳扩展所形成的。裂纹产生后，在交变载荷作用下扩展，在疲劳裂纹扩展区常常留下一条条的同心圆弧线，叫前沿线（或疲劳线），这些弧线形成了像“贝壳”一样的花样，所以也称之为贝纹线，如图3-25、图3-26 所示。断口表面因反复挤压、摩擦，有时光亮得像细瓷断口一样。贝纹线是判断疲劳断裂的重要宏观特征依据。
图3-25 疲劳宏观断口上的贝壳状花样
图3-26 疲劳断口宏观形貌(www.xing528.com)
断口光滑是疲劳源区域的延续，但其程度随裂纹向前扩展逐渐减弱。贝纹线是疲劳区的最大特征，一般认为它是由载荷变动引起的，但机器运转时的开动和停歇，偶然过载引起的载荷变动，使裂纹前沿线留下了糊状弧状台阶痕迹。所以，这种贝纹特征总是出现在实际产品的疲劳断口中，而在实验室的试样疲劳断口中，因变动载荷较平稳，很难看到明显的贝纹线。有些脆性材料如铸铁、铸钢、高强度钢等，它们的疲劳断口也看不到贝纹线。每个疲劳区的贝纹线好像一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，其凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向，或是相反的情况。这取决于裂纹扩展时裂纹前沿线各点的前进速度，如图3-27 所示[19]。
图3-27 光滑和缺口圆截面试样在各种载荷下产生的疲劳断口形貌的示意图
（3）最终断裂区（瞬时断裂区）。裂纹不断扩展使零件的有效断面逐渐减少，应力不断增加。当超过材料的断裂强度时，则发生断裂。该区和静载下带有尖锐缺口试样的断口相似。对塑性材料，断口为纤维状、暗灰色；而对于脆性材料则是沿晶状。
根据疲劳断口上疲劳裂纹扩展和最后断裂两个区域所占的比例，可估计零件所受应力高低及应力集中程度的大小。一般来说，瞬时断裂区的面积越大，越靠近中心，则表示工件过载程度越大，应力集中严重；相反，其面积越小，位置越靠近边缘，则表示过载程度越小，应力集中也越小。
2. 疲劳断口微观特征
疲劳断裂微观形貌的主要特征是疲劳辉纹，如图3-28 所示。疲劳辉纹是疲劳裂纹扩展第二阶段的微观特征，通常是明暗交替的有规则相互平行的条纹，一般每一条纹代表一次载荷循环。疲劳条纹的间距在0.l～0.4 μm。
图3-28 疲劳辉纹
第二阶段观察到的疲劳条纹是裂纹扩展的直接证明。但有几个概念应该明确：
（1）必须把宏观的疲劳断口中显示的海滩状或贝壳状条纹和电子断口金相中观察到的疲劳条纹区别开来。
疲劳辉纹与宏观断口上看到的贝壳状条纹不是一个概念。疲劳辉纹是一次应力循环中裂纹尖端塑性钝化形成的痕迹，贝壳状条纹是循环应力振幅变化或载荷变化形成的宏观特征。相邻的贝纹线之间可能有成千上万条疲劳辉纹。有时在宏观断口上看不到贝壳纹，但在电镜下仍可看到疲劳辉纹。
另外一些构件，尤其是薄板件，其宏观断口上没有明显的贝壳状花纹，却有明显的疲劳台阶。疲劳台阶是在一个独立的疲劳区内，两个疲劳源向前扩展相遇形成的。疲劳台阶也是疲劳裂纹扩展区的一个特征。
（2）在疲劳裂纹扩展的第一阶段中通常看不到疲劳条纹，但这并不等于说疲劳条纹只是第二阶段的固有特征。
（3）疲劳条纹在塑性好的材料如铜、铝、不锈钢中可以显示得很清楚，但对高强度钢便不容易看到，或只看到一部分。通常疲劳裂纹传播有两种方式，在塑性材料中显示出疲劳条纹，在脆性材料中则呈解理台阶。
（4）疲劳条纹明显地取决于试验环境。最终断裂区是疲劳裂纹扩展到临界尺寸之后发生的快速破断。其特征与静载拉伸断口中快速破坏的放射区及剪切唇相同。非常脆的材料，此区为结晶状的脆性断口，如图3-29 所示。对于塑性材料，最终断裂区的微观断口上也可以有明显的韧窝存在。
图3-29 镁合金焊接接头最终断裂区的形貌
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
