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工程失效分析上疲劳断裂和过载断裂的异同点有哪些?

发布日期:2017-10-16浏览次数:
    过载断裂一般是指一次性的超载扭转断裂,即产生了与轴线方向垂直的剪切断裂,弹性应力分布式表面最大,中心为零。因此,在正常情况下,过载断裂是在表面上开始,裂纹向内扩展,直至断裂,裂面比较完整。

    零件在交变载荷下经过较长时间的工作而发生断裂的现象就叫作疲劳断裂。一般裂面会有部分光滑抛光面,直至突然断裂后的过载断裂面,所以,疲劳断裂的裂痕一般为中间向两侧面各一种裂面。

    工程失效分析上疲劳断裂和过载断裂的异同点有哪些?

    1.断裂失效

    断裂失效是轴承零件的基本失效模式之一。断裂分为脆性断裂、疲劳断裂、过载断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂、蠕变断裂等类型。

    (1)脆性断裂轴承零件在运行中,由于环境条件不适当可能使材料变脆,从而导致脆性断裂,造成损害。

    材料的断裂存在着一个断裂“源”,即断裂的起始点。

    脆性断裂的“源”为材料内部的宏观裂纹(0.1 ^-1 mm ),这种宏观裂纹产生于零件的制造加工过程、使用运行过程,以及结构中的应力集中。

    脆性断裂的特点是:断裂时承受的工作应力较低,一般不超过材料的屈服极限,甚至不超过许用应力,故又称为低应力脆断;中、低碳钢在较低的温度下(100C ^-15 0C)会由韧性状态向脆性断裂转变,高强度钢没有明显的温度效应;脆性断裂的断口平齐光亮,断口截面收缩很小,且常有人字纹或放射花样;脆性断裂一般是突然发生,会产生许多碎片。
    (2)疲劳断裂轴承零件在交变载荷作用下所发生的断裂,称为疲劳断裂。疲劳断裂是工程中最常见的零件失效模式,占工程断裂故障的40%-90%.

    常见的疲劳断裂类型有高周疲劳、低周疲劳、接触疲劳腐蚀疲劳和热疲劳。

    轴承材料在低于屈服极限的交变应力作用下,具有较长寿命的疲劳破坏称为高周疲劳。反之,在大应力作用下,材料局部应力超过屈服极限,且断裂时总循环次数不超过104时‘的疲劳破坏,称为低周疲劳。材料在较高的接触压应力作用下,使接触表面的局部区域产生nsk轴承剥落,从而导致零件失效的现象,称为接触疲劳。轴承材料在交变应力和腐蚀介质的共同作用下,使材料表面形成腐蚀坑或微裂纹,从而导致断裂失效的现象,称为腐蚀疲劳。由于温度波动或热循环效应所产生的疲劳失效称为热疲劳。

    疲劳断口大体上可分为三个区域,即疲劳裂纹源区、裂纹扩展区和瞬时断裂区。
    (3)过载断裂当外载荷超过机械零件危险断面的极限应力时,所产生的断裂称为过载断裂。

    过载断裂的断口宏观特征与材料的拉伸断口一样,材料塑性较好时,断口显示出较大的塑性变形;而当材料较脆时,零件的新口显示出脆性特征。

    过载断裂最常见的一种形式是拉伸韧性断裂,其断口呈灰色纤维状,宏观上将其分为平直面(平面)和剪切面(斜面)。

    (4)应力腐蚀断裂轴承在腐蚀介质中,受拉应力(或残余应力)的作用,同时又受电化学腐蚀而导致正常延性材料迅速开裂和早期脆I胜破坏的现象,称为应力腐蚀断裂。

    应力腐蚀断裂的特点是:产生应力腐蚀失效的时间比应力和腐蚀单独作用下的失效时间为短;应力的大小和方向都直接影响到应力腐蚀开裂的起源和裂纹扩展速度,且应力愈大,零件的断裂时间愈短;应力腐蚀断裂发生时常常没有明显的预兆,具有突然性;轴承材料在特殊的环境介质中才会发生应力腐蚀断裂;杂质元素对nsk轴承材料的应力腐蚀断裂敏感性影响极大。