疲劳断口有哪些典型特征？

疲劳断口是材料在循环载荷作用下发生断裂后形成的表面，它具有非常典型和独特的宏观与微观特征。这些特征是失效分析中判断断裂性质和追溯断裂起源的关键依据。

一个典型的疲劳断口通常可以分为三个区域，每个区域都有其鲜明的特征。

一、宏观特征（肉眼或低倍显微镜下观察）

宏观上，疲劳断口最典型的特征是 “海滩线”或 “贝纹线”。

1.  疲劳源区

位置：通常位于应力集中最严重的地方，如零件的缺口、沟槽、孔洞、表面划伤、夹杂物或内部缺陷处。

形貌：面积很小，是疲劳裂纹开始的地方。通常比较平整、光滑，有时由于反复挤压摩擦而呈亮白色。可能有多个疲劳源。见图1。

2. 疲劳扩展区

形貌：这是断口上最特征性的区域，呈现出一系列以疲劳源为中心、同心圆弧状或贝壳状的条纹，即 “海滩线”或 “贝纹线”。见图2。

成因：海滩线是裂纹在扩展过程中，由于载荷幅值、频率或使用工况（如开机、停机、过载）的变化，导致裂纹扩展速率和前沿形状发生改变而形成的宏观休止线。它记录了裂纹扩展的历史。

该区域由于裂纹两面在循环载荷下反复开合、相互摩擦，通常比较光滑、细腻。

3.瞬时断裂区

位置：位于疲劳扩展区的对面。

形貌：当疲劳裂纹扩展到一定程度，剩余的承载截面不足以承受载荷时，会发生快速的、一次性的断裂。

特征：形貌粗糙，与静载断裂（如拉伸、冲击）的断口相似。对于塑性材料，呈纤维状或剪切唇；对于脆性材料，呈结晶状或放射状。见图3上部。

二、微观特征（扫描电子显微镜下观察）

在微观层面，疲劳断口最具有诊断性的特征是 “疲劳辉纹”。

1. 疲劳辉纹

形貌：是一系列基本相互平行、略微弯曲的条纹，每一条辉纹对应一个应力循环。

成因：在循环载荷的拉伸部分，裂纹尖端塑性变形导致裂纹张开并向前扩展一个微小的距离；在压缩部分，裂纹闭合，裂纹尖端被压合。这样一个“张开-扩展-闭合”的循环就留下一条辉纹。见图4。

重要性：疲劳辉纹是判断断裂性质为疲劳的决定性证据。通过计算辉纹数量，可以反推疲劳循环次数。

与海滩线的区别：海滩线是宏观的、不连续的，由载荷变化引起；而疲劳辉纹是微观的、连续的，每一个应力循环产生一条。

由于扩展区反复挤压变形严重，有时也呈现轮胎压痕状形貌，见图5。

2.解理小平面（主要在脆性材料或高强度钢中）

在疲劳源附近，由于局部应力集中，可能会发生微区的解理断裂，形成光亮的小平面。

3. 二次裂纹

在主裂纹扩展路径上，可能会分支产生一些微小的次级裂纹。

三、不同载荷类型下的疲劳断口特征

高周疲劳（应力低，循环次数高）：扩展区面积大，海滩线清晰，断面光滑。

低周疲劳（应力高，循环次数低）：扩展区面积相对较小，海滩线可能不明显，断面相对粗糙，辉纹间距较宽。

腐蚀疲劳：在腐蚀环境共同作用下，疲劳源区通常有腐蚀产物，断面颜色较深，辉纹可能变得模糊不清。

热疲劳：断口表面可能有氧化或变色现象。

三、总结

在进行失效分析时，通常会遵循“由宏观到微观”的顺序：首先用肉眼或体视显微镜寻找海滩线和疲劳源，确定裂纹扩展路径；然后再用扫描电镜在扩展区寻找疲劳辉纹，以确认疲劳断裂的性质。最后综合分析确定断裂产生原因。

凯视迈（KathMatic）是国产优质品牌，推出的KC系列多功能精密测量显微镜，可非接触、高精度地获取样品表面的微观形貌，生成基于高度的彩色三维点云，全程以数据图形化的方式进行显示、处理、测量、分析。

KC系列三合一精测显微镜现已广泛应用于各行各业的新型材料研究、精密工程技术等基石研究领域。相比于同类产品，其主要特点在于：

1、更宽的成像范围：可测量的样品平面尺寸覆盖微米级~米级，无需为调整成像范围而频繁更换镜头倍率或采用图像拼接。

2、更快的测试速度：已从底层优化测试流程，新一代高效测试仅需两步⸺样品放置与视觉选区，KC自动完成后续测试。

3、更强大的分析功能：三维显示、数据优化、尺寸测量、统计分析、源数据导出微观形貌分析功能迎来大幅提升。

4、更稳定的测试表现：即便样品颜色、材质、反射率、表面斜率及环境温度存在明显差异，也可保证重复测试的稳定性。

欢迎私信或留言咨询~