疲劳断裂：特征与危害

金属材料、零件和构件在循环应力或循环应变作用下经过较长时间而发生断裂的现象称为疲劳。从许多疲劳破坏现象中观察与研究，发现有以下共同特征。

1）疲劳断裂都经历裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展三个阶段。对于焊接结构，裂纹多起源于焊接接头表面几何不连续、引起应力集中的部位，如焊趾、弧坑、火口、咬边、单面焊根未焊透、角变形或错边等；少数起源于接头内部较大的焊接缺陷，如气孔、夹渣、未熔合等。裂纹形成时首先从裂纹源处形成微裂纹，随后逐渐稳定地扩展。当裂纹扩展到某一临界尺寸后，构件剩余断面不足以承受外载荷时，裂纹失稳扩展而发生突然断裂。

2）疲劳裂纹宏观断口呈脆性，无明显塑性变形。在断口上可观察到裂纹源、光滑或贝壳状的疲劳裂纹扩展区和粗糙的瞬断区，如图10-36所示。它们与断裂三阶段一一对应。扩展区的微观特征是：对塑性材料可观察到明显、清晰、整齐的疲劳条纹；对脆性材料或变形能力受限制的材料，条纹形状模糊不清，仅在很少的孤立晶粒中观察到很不确定的条纹，而周围晶粒中只有杂乱的滑移痕迹，变形特别小的晶粒中则可能不形成疲劳条纹。断裂区具有宏观脆性特征，多数情况是粗晶断口。根据上述断口特征，可决断裂的性质和破坏的原因。

3）疲劳破坏具有突发性和灾难性。疲劳裂纹的萌生和稳定扩展不易发现，失稳扩展（断裂）则是突然发生的，没有预兆，难以预防。图10-37、图10-38是典型的焊接结构疲劳断裂事例。

图10-36 沿焊趾出现多个裂纹源的疲劳断口(www.xing528.com)

图10-37 直升机起落架的疲劳断裂

图10-38 载货汽车纵梁的疲劳断裂