什么是疲劳失效？应如何预防疲劳失效现象的发生？

什么是疲劳失效？应如何预防疲劳失效现象的发生？

1 失效 机械产品丧失功能的现象称为失效 >>

　　2 失效分析 分析失效的原因，研究采取补救和预防措施的技术活动和管理活动称为失效分析。

　　失效分析的目的是减少同类失效事故的重复发生。
　　失效分析的重点是分析失效的原因和采取预防措施，即所谓失效诊断和失效对策。
　　失效分析的范围是技术活动和管理活动的综合。
　　失效分析的依据则是机械产品的性能参数、机械零件、设备合系统的可靠度分析资料（即数理统计资料）及机械零部件的失效残骸。

　　3 事故 “失效”与“事故”更是紧密相关的两个范畴；
　　“事故”强调的是后果，即造成的损失合危害，
　　而“失效”强调的是机械产品本身的功能状态。

　　4 失效模式
　　失效机理 从失效分析的技术观点进行分类主要是按失效模式和失效机理分类。

　　失效模式是指失效的外在宏观表现形式和规律。
　　失效机理则是指引起失效的微观的物理化学变化过程和本质。

　　5 安全度

　　可靠度 产品的安全度或产品的可靠度R(t)是产品在规定的条件下和规定的时间内满意地完成规定功能的概率;

　　它是相对于产品失效率F(t)的概念而言的，即: R(t)=1-F(t)
　　产品的剩余寿命的预测实际上是估算产品无故障（失效）的平均工作时间t，对偶然失效期（或称为随机失效期）来说，平均工作时间t即为失效率λ的倒数，即t=1/λ。

　　6 失效物理 是从原理上，即从原子和分子的角度出发，来解释元件、材料失效的现象。

　　失效物理的基础是数理统计方法、可靠性工程和材料科学工程学。
　　失效物理的基本研究内容则是:失效的物理模型及定量的描述方法、失效物理模式的识别及其应用。
　　失效机理是研究失效的物理、化学原因、失效过程及其影响因素等。

　　7 最小割集 　是指包含在这个集合里的全部基本事件发生时造成顶事件发生的必要充分条件，它表示系统的危险性，每一个最小割集都是顶事件发生的一种可能； 即最小割集表示了哪些故障和差错同时发生时，顶事件就发生。

　　8 最小径集 　指包含在这个集合内部的基本事件不发生，就保证顶事件不发生的基本事件的最小组合，它表示系统的安全性。

　　9 失效模拟 失效模拟（故障再现）是事故检查中经常采用的一种分析和验证方法。

　　故障再现可以验证现场调查和残骸分析中所得出的是故直接原因；可以在残骸不全、证据不充分的情况下，提供事故的可能原因；可以解决残骸分析中的某些疑点，排除某些现象；还可以显示失效（故障）的发展过程、残骸的破坏顺序等。

　　10 失效补救 　指正在运行中的同类机械（系统）的处理问题，以防同类失效事故的再次重复发生。

　　11 无损检测 　是在不损坏材料、机械和结构物等检测对象的情况下，对于其性质、形态、内部结构、内部缺陷等方面的检测方法。 >>

　　12 拉伸断口 1）圆形试样拉伸断口
　　圆形光滑试样的拉伸断口一般为杯锥状，其表面大致可分为三个区域：纤维区；放射区；剪切唇区。
　　当圆形试样带有缺口时，其拉伸断口形貌与光滑拉伸试样完全不同。
　　断裂不是从中心部位开始，而是从缺口根部开始；最后断裂区在试样中心，并没有剪切唇区。

　　2）矩形试样拉伸断口
　　也有三个区域，每个区域的特征均稍有变化，变化最大的是放射区。
　　矩形试样的纤维区为椭圆形；宽度明显比厚度大的矩形试样的放射区为人字形花样，人字形的顶点指向裂纹源。
　　这对于薄板型结构的裂纹扩展途径和寻找裂纹源是很有用的。 >>

　　13 冲击断口 冲击断口也存在三个区域，即纤维区、放射区及剪切唇区；
　　断裂过程是首先在缺口中部形成裂纹源，然后是纤维区、放射区及沿无缺口的其它三边分布的剪切唇区。
　　工程上常用冲击韧性试样来测定脆性转变温度，当在脆性转变温度以下时，纤维区面积突然减少，放射区面积显著增加，材料由延性变为脆性。 >>

　　14 疲劳断口 　典型的疲劳断口由：疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速断裂区三部分组成。

　　疲劳断口表面上还有一个重要形貌特征就是：棱线或台阶，它一般是由不在一个平面上的小断裂平台相互连接时撕裂而成的。

　　15 疲劳源 　通常是在疲劳弧线的凹面一侧，疲劳弧线的法线或棱线方向表征裂纹的扩展方向，而这些法线或放射棱线的汇集点就是裂纹源的位置。

　　16 疲劳源区 是疲劳断裂的起始处，一般用肉眼或低倍放大镜就可确定其位置。
　　一般说，源的数目愈多，则反映外加应力愈高，应力集中位置愈多或应力集中系数愈大。

　　17 疲劳裂纹稳定扩展区
　　疲劳弧线 　通常形成海滩或贝壳花样，它是裂纹扩展过程中裂纹前缘位置的标记，是由于载荷停顿、幅值或频率改变引起
　　裂纹扩展停顿或速率变化时形成的圆弧线条，称为疲劳弧线。

　　18 快速断裂区
　　瞬断区 　是当裂纹扩展达到临界长度，最大应力强度因子Kmax达到材料的平面应力条件下的临界值Kc，或最大应力水平达到材料剩余截面的断裂强度时快速断裂生成的。
　　其宏观形貌特征和缺口拉伸断口的基本相同。

　　19 微观形貌特征 可分为：韧窝断口、解理断口、疲劳断口和沿晶断口

　　20 解理断口 解理是金属或合金在外加正应力作用下，沿某些特定低指数结晶学平面（解理面）发生的一种低能断裂现象。
　　一般呈脆性特征，很小塑性变形。断面呈结晶状，有许多强烈反光的小平面。 >>

　　21 台阶
　　河流花样 解理断口最突出的微观特征是台阶与河流花样。
　　许多台阶相互汇合便形成“河流”花样，裂纹源在“河流”上流，顺流方向为裂纹扩展方向。 >>

　　22 舌形花样 解理面上的另一个断口形貌特征；它来源于二次裂纹包围的形状。
　　舌头方向表示裂纹扩展方向。 >>

　　23 鱼骨状花样 　解理断口上的第三个特征形貌是鱼骨状花样；脊骨的中线是{001}面的解理所致，而鱼骨花样的两侧是{001}面上正在前进的解理裂纹与变形孪晶相交造成。 >>

　　24 Walnor线
　　（瓦纳线） 与宏观人字形花样相似，它是一组与裂纹扩展方向无关的很清晰的台阶。 >>

　　25 准解理 一种类似于解理断裂的混合断裂。当许多裂纹合并时就产生准解理。因此，人们以一个断面上出现撕裂棱、台阶和舌状花样作为划分准解理断裂的依据。

　　准解理断口与解理断口的区别在于：
　　准解理裂纹源总是在准解理面内，呈辐射状向四周扩展，有与“河流”花样类似的撕裂棱，但它短而弯曲，并且不连续，断面略有起伏。

　　26 微观疲劳断口 　金属疲劳断裂是由交变应力引起的一种缓慢断裂过程。一般将它分为三个阶段：即裂纹萌生、裂纹扩展和最后断裂过程。
　　裂纹萌生包括：疲劳硬化或疲劳软化、不均匀变形、形成驻留滑移带和显微裂纹。
　　裂纹扩展一般分为两个阶段：早期沿滑移面与应力轴约呈45度方向的扩展为第Ⅰ阶段，随后沿垂直于应力轴方向的扩展为第Ⅱ阶段。

　　27 沿晶断口 沿晶断口可以由环境或材料本质引起。
　　外部环境包括腐蚀介质、氢气、低熔点金属、应变速率和温度等。材质因素主要指晶界杂质元素偏析和脆性相聚集等。 >>

　　28 裂纹

　　龟裂
　　直线状裂纹 裂纹是一种不完全断裂缺陷。

　　裂纹分析有时可以作为断口分析的重要补充，有时可以起到其它方法不可代替的独特作用。
　　裂纹分析的最终目的是确定产生裂纹的原因。

　　1、龟裂：一般情况下，龟裂是一种沿晶扩展的表面裂纹。
　　2、直线状裂纹：一般沿材料的纵向分布，如氧化物或其它非金属夹杂物。热处理、锻轧材料表面常常出现。最典型的直线状裂纹是由于发纹或其他非金属夹杂物在后续工序中扩展而形成的裂纹。
　　3、其它形状裂纹： 除上述龟裂及直线状裂纹之外，还有各种形状的裂纹如环形裂纹，周向裂纹、辐射状裂纹、弧状裂纹等等。

　　29 强度原则 即指裂纹总是希望沿着最小阻力路线——及材料的薄弱环节或缺陷处扩展的情况。 >>

　　30 宏观检验 所谓宏观检验，就是用肉眼或借助于10倍以下放大镜的检验。

　　31 低倍酸浸检验 就是将预先制备好的试样用酸浸蚀，以显示其宏观组织及缺陷的一种试验方法。

　　32 塔形试验 是用以检验钢中发纹的一种试验方法，因其所用试样为三级台阶状，形似塔状，故称塔形试验。

　　33 偏析 钢中凝固时产生各种元素分布不均匀的现象叫：偏析
　　C大于C0称为正偏析，C小于C0则负偏析。
　　有枝晶偏析、区域偏析（定向晶区的偏析，倒V形正偏析，轴心偏析，上部正偏析）。 >>

　　34 低温回火脆性
　　不可逆回火脆性 　碳钢和低合金钢在250～400℃回火时出现的脆性称为低温回火脆性。
　　将这种已产生脆性的工件在更高一些温度回火后，其脆性即消失。再置于300℃左右重新回火时，脆性也不会重复出现。
　　因此这种低温回火脆性又叫做不可逆回火脆性。
　　高温回火脆性
　　可逆回火脆性 　在450℃或更高至650℃左右温度回火时出现的脆性，通常称为高温回火脆性或第二类回火脆性。

　　其特点是在此温度范围回火时，如果快速冷却（水冷或油冷），韧性并不降低；反之，慢冷（空冷或炉冷）则韧性显著下降，冷却越慢，韧性降低得越显著。
　　当已出现这类回火脆性时，可用再次回火并快速冷却的方法来加以消除。但在脆化温度范围内回火时如长时间停留，随后即使快冷也还会产生。
　　重复回火时，如果慢冷，可能重新引起这种脆性。
　　因而这类回火脆性又称为可逆回火脆性。

　　35 应力腐蚀 金属构件在静载拉应力和特定的腐蚀环境共同作用下所导致的脆性断裂为应力腐蚀断裂。