材料的完全破斷稱為斷裂。雖然機械零件斷裂失效的概率較小,但零件的斷裂往往會造成嚴重的機械事故。
斷裂的類型與斷裂的原因有密切關系,工程中分為六種類型:
(1)過載斷裂當外力超過了零件危險截面所f承受的極限應力時,發生的斷裂。其斷口特征與材料拉伸試驗斷口形貌類似。對鋼等韌性材料在斷裂前有明顯的塑性變形,斷口呈杯錐狀,稱韌性斷裂;對鑄鐵等脆性材料,斷裂前幾乎無塑性變形,斷口平齊光亮,且與正應力垂直,稱脆性斷裂。
(2)腐蝕斷裂零件在有腐蝕介質的環境中承受應力作用,經過一定時間后產生的斷裂。斷口的宏觀形貌呈現脆性特征,即使是韌性材料也如此。裂紋源常常發生在表面而且呈多發源。在斷口上可看到腐蝕特征。
(3)低應力脆性斷裂零件制造工藝不正確或使用環境溫度低,使材料變脆,在低應力下發生脆斷。常見的有鋼材回火脆斷和低溫下脆斷。
(4)氫脆斷裂由于氫的作用,零件在低于材料屈服極限的應力作用下導致的斷裂。
氫脆斷裂的裂紋源在次表層,裂紋源不是一點而是一小片。裂紋擴展區呈氧化色顆粒狀與斷裂區成鮮明對比。斷口宏觀上平齊。
(5)蠕變斷裂金屬零件在高于一定溫度下,即使受到小于材料屈服極限恒應力的作用,也會隨著時間的延長,而緩慢產生塑性變形,最后導致零件斷裂。在蠕變斷裂口附近有較大變形,并有許多裂紋,斷口表面有氧化膜。
(6)疲勞斷裂零件在(交)變應力作用下,經長時間工作而發生的斷裂。斷裂零件所受的應力通常低于材料的屈服極限。機械設備中疲勞斷裂所占比例最大(50%-80%)。如軸、齒輪、內燃機連桿等都受交變載荷,若發生斷裂多半為疲勞斷裂。
疲勞斷裂斷口的宏觀特征明顯分為三個區域,即疲勞源區、疲勞裂紋擴展區和瞬時破斷區。
疲勞源區是疲勞裂紋最初形成的地方,它一般總是發生在零件的表面,但若材料表面進行了強化或內部有缺陷,也在皮下或內部發生。疲勞源區往往是一表面光滑細潔、貝紋線不明顯的狹小區域。
疲勞裂紋擴展區最明顯的特征是常呈宏觀的疲勞弧帶和微觀的疲勞紋,疲勞弧帶大致以疲勞源為核心,似水波形式向外擴展,形成許多同心圓或同心弧帶,其方向與裂紋擴展方向相垂直。
瞬時破斷區是當疲勞裂紋擴展到臨界尺寸時發生的快速破斷區。其宏觀特征與靜載拉伸斷口中快速破斷的放射區及剪切唇相同。(來源:http://www.zztr.org)