一、釬焊接頭斷裂裂紋宏觀分析
對(duì)失效件裂紋進(jìn)行宏觀觀察發(fā)析發(fā)現(xiàn)，裂紋萌生于釬焊圓角部位，并沿釬焊圓角根部擴(kuò)展，說明在使用過程中，釬焊圓角根部是整個(gè)產(chǎn)品的薄弱位置，此處的應(yīng)力和組織情況是我們分析斷裂原因的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。對(duì)釬焊圓角表面的微觀形貌進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在釬焊圓角根部普遍存在著直徑為6μm左右，沿管壁周向連續(xù)分布的細(xì)微突起物。
這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由材料和工藝兩方面的綜合作用造成的。熔化溫度區(qū)間大的釬料，在緩慢釬焊加熱過程中，由于成分的偏析，低熔點(diǎn)組元首先熔化，并通過毛細(xì)作用流入釬焊間隙，高熔點(diǎn)組元由于未達(dá)到熔化溫度或熔化不完全，成為固態(tài)釬料殘?jiān)粝?。這種組織形貌在材料表面相當(dāng)于尖缺口的作用，容易引起應(yīng)力集中，促進(jìn)疲勞裂紋在此萌生。
二、釬焊接頭斷口分析
由于產(chǎn)品是在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)過程中破壞的，承受著振動(dòng)疲勞載荷，初步判斷疲勞斷裂為產(chǎn)品的失效模式。首先用與導(dǎo)致產(chǎn)品接頭部位發(fā)生開裂同樣性質(zhì)及方向的力將裂紋打開，用丙酮溶液對(duì)斷口進(jìn)行幾分鐘的超聲清洗，再用酒精漂洗，然后用干燥氣流將斷口烘干。在低倍放大下觀察其宏觀形貌，發(fā)現(xiàn)斷口表面高低不平，有很多沿管壁徑向分布的臺(tái)階，為了確定產(chǎn)品的失效形式為疲勞斷裂，首先在斷口中尋找疲勞斷裂所特有的特征——疲勞輝紋，結(jié)果在斷口中間部位發(fā)現(xiàn)了典型的疲勞輝紋，有力的證明了產(chǎn)品的失效形式為疲勞斷裂。
在疲勞輝紋附近還發(fā)現(xiàn)了輪胎花樣，這是裂紋在擴(kuò)展過程中匹配面上的棱角或硬的夾雜物、第二相顆粒等在循環(huán)載荷作用下向前跳躍式運(yùn)動(dòng)，在斷口表面上遺留下的互相平行，間距相等的一排壓痕。為高應(yīng)力低周疲勞斷口所特有的特征形貌。斷口宏觀形貌的電鏡照片，半圓形的疲勞弧線，如A點(diǎn)所示，其圓心位于管壁外側(cè)，即為疲勞裂紋源，對(duì)疲勞源區(qū)進(jìn)一步放大，可見放射狀疲勞溝線（二次臺(tái)階），全部收斂于疲勞核心處，進(jìn)一步證實(shí)了疲勞裂紋萌生于此。沿管壁外側(cè)有多個(gè)疲勞源，符合低周疲勞失效斷口的特征。
疲勞裂紋起源于高應(yīng)力處，一般來說，有兩種部位將出現(xiàn)高應(yīng)力。一是構(gòu)件表面，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，構(gòu)件中高應(yīng)力總是在表面，同時(shí)構(gòu)件表面呈平面應(yīng)力狀態(tài)，易于屈服而造成疲勞損傷，表面還難免有周圍介質(zhì)的影響；一是應(yīng)力集中處，如結(jié)構(gòu)本身受力引起的應(yīng)力集中，又如材料含有的缺陷，夾雜、熔渣、或構(gòu)件中的孔、凹槽等幾何不連續(xù)處甚至加工痕跡將引起應(yīng)力集中，成為疲勞裂紋源。釬焊圓角根部位于釬焊結(jié)構(gòu)件的表面，本身又由于釬料瘤等表面缺陷造成了局部應(yīng)力集中。這些因素都為疲勞裂紋在釬焊圓角根部萌生創(chuàng)造了條件。疲勞裂紋在釬焊圓角根部萌生后，便進(jìn)入擴(kuò)展階段。在斷面上沒有發(fā)現(xiàn)沿切應(yīng)力方向（和主應(yīng)力方向近似成45°）擴(kuò)展的疲勞裂紋擴(kuò)展的第Ⅰ階段。這是因?yàn)殁F焊圓角根部的化合物相是垂直于母材生長(zhǎng)的，而疲勞裂紋在化合物相中的擴(kuò)展更容易進(jìn)行（見第四章），使得疲勞裂紋的宏觀擴(kuò)展路徑大體上垂直于主應(yīng)力方向，即疲勞裂紋擴(kuò)展沒有出現(xiàn)第Ⅰ階段，而直接進(jìn)入第Ⅱ階段。疲勞輝紋就是在這一階段形成的。裂紋尖端的應(yīng)力幅能顯著改變疲勞輝紋的寬度和間距，隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，剩下承受載荷的材料面積逐漸減少，致使裂紋尖端的應(yīng)力增加，疲勞輝紋的寬度和間距也就隨著增加，箭頭所指方向?yàn)榱鸭y擴(kuò)展方向。另外，材料的蠕變也會(huì)增大疲勞輝紋的間距，由于冷卻管內(nèi)通過高溫氣體，裂紋向內(nèi)擴(kuò)展過程中，溫度逐漸升高，材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度下降，在同樣載荷下，裂尖前沿塑性變形增加，循環(huán)變形引起的裂尖材料損傷加重，導(dǎo)致疲勞輝紋間距變寬。
在許多情況下，疲勞斷口上輝紋數(shù)目和載荷循環(huán)次數(shù)是一一對(duì)應(yīng)的。于是疲勞裂紋擴(kuò)展的循環(huán)次數(shù)可以由裂紋長(zhǎng)度除以疲勞輝紋間距得到。疲勞輝紋間距約為2μm，而冷卻管厚度為0.5mm，考慮到有約0.2mm的瞬時(shí)斷裂區(qū)，則疲勞裂紋擴(kuò)展的循環(huán)次數(shù)大約為150次，該處的疲勞裂紋擴(kuò)展速率也高達(dá)2μm/次。進(jìn)一步證明了產(chǎn)品斷裂形式為高應(yīng)力低周疲勞斷裂。在斷口上還看到了與疲勞輝紋平行的二次裂紋，這也是判斷疲勞斷口的微觀特征之一。
按照上述疲勞輝紋的形成模型，裂紋是連續(xù)和對(duì)稱的向前擴(kuò)展的，而在多晶體中，由于存在晶界和夾雜物，上述裂紋前端滑移帶的對(duì)稱性可能難以滿足，又加上結(jié)晶學(xué)位向的關(guān)系，使那些有可能滑移的滑移系處于與裂紋前端不相對(duì)稱的角度上，在壓縮載荷的作用下，就會(huì)形成不對(duì)稱的二次裂紋。也就是說，二次裂紋是疲勞裂紋的不對(duì)稱性擴(kuò)展留下的痕跡。
http://www.lkshbx.cn
