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简答题论述疲劳断裂及其失效机理。
  • 零件在交变应力作用下，经过较长时间工作而发生的断裂现象，称为疲劳断裂。金属零件疲劳断裂实质上是一个逐渐积累和发展的损伤过程，大体上可分为三个阶段，疲劳裂纹萌生阶段、裂纹扩展阶段和瞬时断裂失效阶段。
    （1）疲劳裂纹萌生阶段：可分为两种情况，一是金属内没有夹杂物和应力集中，二是金属内有夹杂物和应力集中。
    A.结构均匀的金属内部，在交变载荷应力作用一定循环后，产生硬化区进而出现局部损伤积累和空穴集聚，在各晶格内局部地区出现一个或几个相对滑移线（晶格扭曲）。随着疲劳的加剧，原有的滑移线的滑移量增大，又出现新的滑移线共同组成的滑移带（晶格变形）。滑移带随着疲劳的加剧而逐步加宽加深，在表面出现挤出带和挤入槽，形成疲劳核心区。
    B.金属内有夹杂物或应力集中的部位，在交变应力作用下直接产生不均匀滑移，最后形成疲劳裂纹核心。
    （2）疲劳裂纹扩展阶段：也可分为两种情况，一是没有应力集中的情况下，在交变应力作用下，裂纹从金属材料表面的滑移带，挤入槽等处开始，沿着最大切向应力方向的晶面向内扩展，这是裂纹扩展的第一阶段（沿晶阶段），该阶段裂纹扩展速率很慢。随着疲劳持续，裂纹按第一阶段方式扩展一定距离之后，将改变方向沿着与正应力相垂直的方向扩展，扩展途径是穿晶的，扩展速率较快（穿晶阶段），这是裂纹扩展的第二阶段。二是在疲劳核心形成之后，在有应力集中的情况下，则不出现第一阶段，而直接进入第二阶段。这两个阶段也分别称为微观裂纹扩展和宏观裂纹扩展阶段。
    （3）瞬时断裂失效阶段：当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时，剩余截面上的真实应力超过材料强度，零件发生瞬时断裂。

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