由于试样承受弯曲载荷与拉伸载荷有类似之处,所以断口形貌也有类似之处。由于试样一侧受拉、另一侧受压,所以断裂从拉伸一侧向相对的另一侧进行。与拉伸断裂类似断口也可以分成脆性断口与韧性断口两类,见图2-35。
图2-35 弯曲过载脆性断口与韧性断口[4]
脆性断口由于没有发生显著塑性变形,断口上没有明显的辐射线,因此难以确认裂纹源的位置,但根据受力状态裂纹源应该在受拉一侧表面。断口形貌与拉伸过载脆性断口类似。
对于弯曲过载的韧性断裂断口,裂纹在拉伸一侧形成后横向扩展直到断裂,在裂纹扩展过程中发生显著塑性变形,直到裂纹扩展到另一侧很薄区域,类似变成平面应力状态拉伸形成剪切唇。根据上述分析,弯曲过载韧性断口形貌与拉伸断裂韧性断口最显著的不同之处是:裂纹源在表面,剪切唇仅在一侧出现,剪切唇相对位置的外表面常常是裂纹源位置。剪切唇部分区域越大,说明承受的弯曲应力也越大。一些韧性断裂的断口上可以观察到辐射线,见图2-35,根据辐射线可以确定裂纹源位置,见图2-36。
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图2-36 弯曲断裂断口存在明显辐射线照片[4]
与拉伸断口分析类似,在失效分析中根据断口形貌推测对失效原因分析有用的结论,弯曲过载断口的重要应用是:在一些情况下设计人员是按照拉伸载荷对零部件进行设计,但是在实际服役过程中由于各种因素影响,产生附加应力造成弯曲载荷。这时根据拉伸断口与弯曲断口明显不同很容易判断出零部件的断裂模式。
【例2-11】 某公司为大型设备设计使用的螺栓,在设计时根据服役条件分析,认为螺栓受到的是拉伸应力,所以按照材料强度指标进行设计。采用42CrMo 材料制造,经过调质处理。但是在使用过程中出现断裂情况,断口形貌见图2-37。试分析断裂模式。
分析:由图2-37 可见,断口并非拉伸过载断口,属于典型的弯曲断裂断口。说明在实际服役条件下螺栓受到的是弯曲载荷(也可能是弯曲交变载荷)。根据辐射线与剪切唇的位置可以判断出裂纹源的位置是在螺栓的根部。由图2-37 还可见,剪切唇部分所占据的面积相当大,说明在服役过程中,螺栓受到较大的弯曲应力作用。
图2-37 断裂螺栓宏观断口形貌照片
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