弹簧疲劳断口三个区域

　　从宏观上看，疲劳断口附近无明显的塑性变形，是脆性断裂。典型的疲劳断口可明显的分为三个具有不同形貌特征的区域，即疲劳核心区、疲劳裂纹扩展区和瞬时破断区，它们分别代表了疲劳破坏的不同历程。图6-1是典型的疲劳断口。下面分别讨论三个区域的特征。

　　一、疲劳核心(或称疲劳源)

　　用肉眼或用低倍放大镜就能大致判断其位置，它是疲劳破坏的起点。在疲劳断口上，它是一个光滑、细洁的扇形小区域。实际上，真正的疲劳源是大致位于“扇”柄处的裂纹萌生和微观裂纹（几十微米长）扩展处，关于它的形成过程将在机理研究中详细分析。

　　大部分的光亮区是当裂纹长在1mm以下时裂纹缓慢扩展期形成的，这一阶段裂纹张开位移小，扩展缓慢，反复的张开和闭合使断口两面相互挤磨，形成了断口上最细滑的区域。在此区域，一也常看到以疲劳核心为中心的贝纹线向外发射，有的还可见向四周辐射的放射台阶或线痕，并可延伸到很远的地方，这说明疲劳裂纹不是简单的一个宏观平面，而是沿着一系列具有高度差的宏观平面向周围扩展，这时，疲劳核心往往是一条锯齿状的微裂纹，或者在核心区存在若干疲劳源。

　　疲劳核心一般总是在表面处形成，但如果构件内部存在缺陷，如脆性夹杂物、空洞、化学成份的偏析，或进行了某种表面处理等，也可能在“皮下”或内部产生。疲劳核心的数目有时不止一个，可能有两个甚至两个以上，尤其是低周疲劳，断口常有几个位于不同位置的疲劳核心。

　　二、疲劳裂纹扩展区

　　这是疲劳断口上最重要的特征区域，很多情况下，它占据了断口的大部分区域。在此区内，表面比疲劳核心区粗糙、发暗，常可见呈现贝纹状、蛤壳状或海滩波纹状的条纹。这些条纹以裂纹核心为中心，向四周扩散，形成一簇弧形线条，它们垂直于裂纹扩展方向。裂纹形成后，拉应力作用时，裂纹张开，尖端钝化，受压或卸载时闭合，裂纹尖端重新锐化，再一次循环受拉，由于尖端的应力集中，发生亚临界扩展，便留下一条疲劳辉纹，这些辉纹肉眼难于分辨。而可见的贝纹线多是由载荷谱的波动所致，机器的起动与关闭，或运转过程中偶然因素引起的应力波动等都会促使贝纹线产生。而在实验室里作恒应力或恒应变试验时，载荷谱较稳定，断口一般无此特征，此时疲劳断口表面由于多次反复压缩而磨擦，使该区变得光滑、呈细晶状，有时甚至光洁得像瓷质状结构。对于低周疲劳，也观察不到此种贝纹线。

　　由疲劳核心区发展过来的台阶，在扩展区越发展台阶越大，成为一条条由裂纹源发出的放射条纹，这些条纹与贝纹线相垂直。

　　三、瞬断区

　　这是疲劳裂纹扩展到临界尺寸后失稳扩展所形成的区域，它的特征与静载拉伸断口中快速断裂的放射区及剪切唇相似，放射区和剪切唇的有无、大小与材斜的特性及载荷的历程有关。载荷较大或有突然超载的情况时两个特征形貌明显，且占断口的比例也较大，若载荷较稳定，对某些材料的断口就可能看不到明显的放射区，而只有剪切唇，瞬断区也较小。但有些较脆材料的断口，瞬断区就呈结晶状的脆性断口特征了。