8-8 机械零件损坏案例（疲劳失效）

疲劳断裂是由反复载荷引起的断裂，在机械零件中更为常见。在疲劳断裂的情况下，首先通过目视或放大镜等宏观观察来确定裂纹发生的起点、裂纹扩展方向和更终断裂位置。

图1显示了断裂的S45C螺栓（M16）的断口、宏观断口（靠近裂纹起点）和微观断口（更终断口）的全景图。从断面全景图可以看出，图像左侧为裂纹发生的起点，右侧的外周边部分为更终断裂部位。从裂纹起点附近的宏观断口看，在裂纹起点处有明显的棘轮痕迹，可以清楚地看出裂纹是在向箭头方向扩展。

图1 S45C螺栓（M16）疲劳失效实例

在与裂纹扩展方向成直角的断面上观察到贝壳状花纹（滩痕），约占整个断面的80%。由于更终断裂面约为剩余的20%，这种螺栓对使用过程中所施加的应力具有足够的抗拉强度，而且裂纹只向一个方向扩展，因此弯曲可以判断为受力破坏。另外，当更终断口放大时，是一种酒窝花纹，是典型的韧性断口面，所以看起来产品的特性没有问题。如上所述，该产品具有非常宽的疲劳断裂表面积和小更终断裂，因此认为可以通过在达到更终断裂之前更换有余量的零件来处理。

图 2 为断裂不锈钢（SUS304）螺旋弹簧的宏观断口全视图和更终断口的微观观察结果。从宏观断口可以清楚地看出，两个摆动的载荷应力引起的起点有两个，裂纹是从那里向中心扩展的。换言之，更终断裂面以从两个方向夹在疲劳断裂面之间的方式存在，断裂面所占的面积约为20～30%，可以说是几乎合理的疲劳断裂表面。两个疲劳断面均观察到明显的滩痕，其比例差异较大，这可能是由于载荷应力强度不同所致。另外，根据显微观察，更终断裂的部分是韧窝断裂面，可以判断该产品在延展性方面没有问题。

图2 SUS304螺旋弹簧疲劳失效实例

图 3 显示了泄漏的 SUS304 薄壁柔性管泄漏部分的断裂表面。从宏观断面来看，裂纹从外周侧向内周侧扩展，因此外周侧的起点附近（A部）壁厚的中央部附近(B部)，进行内周侧的更终断裂部(C部)的显微观察。

从微断裂面看，外周侧的起点附近的断裂面为拟解理断裂面，可知裂纹明显地向内周侧延伸。另外，在壁厚中央部的微裂纹面上观察到明显的条纹，认为裂纹以小幅度扩展。此外，可知在与更终断裂部对应的内周侧的微细断裂面上，条纹原样持续，直至更终断裂部为止发生疲劳断裂。也就是说，虽然对本产品施加的应力非常小，但很明显会持续施加短周期的振动，因此在安装时设计一种固定方法以防止使用过程中的振动。似乎是更有效的补救措施.

图3 SUS304薄壁柔性管疲劳断裂实例