疲劳断口的宏观特征

宏观上，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(又称为瞬时断裂区)三部分组成，示意图如图1所示。

疲劳源区（Fatigue Initiation Zone）

疲劳源区是疲劳裂纹萌生的区域，一般通过宏观观察就可以确定其位置。疲劳源区一般在试样或零部件的表面或次表面，多分布在构件的缺口、尖角、表面划伤、夹杂物或加工缺陷处；如果材料内部有严重的不连续性缺陷，疲劳源也可能在材料内部。

疲劳源区是最早形成的断口，而且该区裂纹扩展速率缓慢，裂纹反复张开闭合，引起对偶断口表面的相互摩擦，因此一般比较平整光滑。最终可能会在断口上呈现为一个或多个 “亮点” 或 “亮区”，肉眼观察非常明显。

一般情况下，疲劳断口只有一个主疲劳源，当构件存在多个严重应力集中点时，也可能出现多个疲劳源，最终形成 “多源扩展” 的断口形态。当作用在零部件上的交变载荷较低，或疲劳在平滑的表面上萌生时，一般只有一个疲劳源；当交变载荷较高，或在应力集中部位萌生裂纹时，往往出现多个疲劳源。低周疲劳的断口上经常有多个疲劳源区。多个疲劳源可能不在一个平面上，会扩展连接形成台阶，因而断口表面比较粗糙。一般来说，疲劳源的数目越多，说明交变载荷越大，应力集中位置越多或应力集中系数越大。

疲劳裂纹扩展区（Fatigue Crack Propagation Zone）

疲劳裂纹扩展区是疲劳裂纹在循环应力作用下稳定扩展形成的区域，此区域会出现疲劳弧线，这是金属疲劳断口最基本的宏观形貌特征。

疲劳弧线是在疲劳裂纹稳定扩展阶段形成的，与裂纹扩展方向垂直的弧形线，是疲劳裂纹瞬时前沿线的宏观塑性变形痕迹。用肉眼观察，看起来很像贝壳或海滩上的纹路（花样），因此又称为贝壳状花样或海滩花样。

虽然疲劳弧线是疲劳断口的宏观基本特征和主要依据，但并不是所有的疲劳断口上都会有疲劳弧线出现。当外载荷变化不大、材质均匀等情况下，疲劳弧线就可能很少或几乎没有。

瞬时断裂区（Final Fracture Zone）

当疲劳裂纹达到临界尺寸时，试样或零部件会发生瞬时断裂，形成瞬时断裂区，简称为瞬断区。该区域的断口宏观形貌与静载断裂的断口形貌基本一致。韧性材料瞬断区断口一般为剪切斜断口，断口表面为暗灰粗糙的纤维状；脆性材料瞬断区断口一般为平断口，断口表面呈结晶状或放射状。

一般说来，疲劳断口没有明显的塑性变形，广义上属于脆性断口；但是需要注意，疲劳断裂和脆性断裂是两种不同的断裂模式。

疲劳断裂和脆性断裂

疲劳断裂是材料在反复加载和卸载的过程中，由于应力循环导致的微小裂纹逐渐扩展，最终导致材料的断裂。这种断裂通常发生在材料的屈服强度以下，且是一个渐进的过程，但最终的断裂特征往往表现出脆性断裂的特征。所以，疲劳断裂的最终结果通常是脆性的。

脆性断裂是指材料在受到外力作用时，几乎没有塑性变形就发生的断裂。这种断裂通常发生在材料的强度极限以上，且断裂过程非常迅速，即裂纹扩展速度很快。

总结来说，疲劳断裂是一个逐渐发展的过程，而脆性断裂则是瞬时发生的。两者在断裂机制和特征上有明显的区别。

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