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'疲劳断裂失效分析 2疲劳设计现在已从无限寿命设计发展到有限寿命设计。零件、构件和设备的寿命估算，已成为疲劳强度的一个重要组成部分。疲劳已从一个古老的概念发展成为材料科学、力学和工程设计相结合的一门新兴学科——疲劳强度（学）。 25.1.1疲劳断裂失效的基本形式5.1疲劳断裂的基本形式和特征按疲劳断裂的总周次的大小（Nf）可分为高周疲劳（Nf＞105）和低周疲劳（Nf＜104）；按交变载荷的形式不同，可分为拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、振动疲劳等； 22、正断疲劳失效正断疲劳的初裂纹，是由正应力引起的。初裂纹产生的力学条件是：正应力／缺口正断强度≥1，切应力／缺口切断强度＜1。5.1疲劳断裂的基本形式和特征正断疲劳的特点是：疲劳裂纹起源处的应力应变场为平面应变状态；初裂纹所在平面大致上与应力轴相垂直，裂纹沿非结晶学平面或不严格地沿着结晶学平面扩展。 2大多数的工程金属构件的疲劳失效都是以正断形式进行的。特别是体心立方金属及其合金以这种形式破坏的所占比例更大；上述力学条件在试件的内部裂纹处容易得到满足，但当表面加工比较粗糙或具有较深的缺口、刀痕、蚀坑、微裂纹等应力集中现象时，正断疲劳裂纹也易在表面产生。高强度、低塑性的材料、大截面零件、小应力振幅、低的加载频率及腐蚀、低温条件均有利于正断疲劳裂纹的萌生与扩展。5.1疲劳断裂的基本形式和特征 25.1.2疲劳断裂失效的一般特征5.1疲劳断裂的基本形式和特征金属零件在使用中发生的疲劳断裂具有突发性、高度局部性及对各种缺陷的敏感性等特点。引起疲劳断裂的应力一般很低，断口上经常可观察到特殊的、反映断裂各阶段宏观及微观过程的特殊花样。 21、疲劳断裂的突发性疲劳断裂虽然经过疲劳裂纹的萌生、亚临界扩展、失稳扩展三个过程，但是由于断裂前无明显的塑性变形和其它明显征兆，所以断裂具有很强的突发性。即使在静拉伸条件下具有大量塑性变形的塑性材料，在交变应力作用下也会显示出宏观脆性的断裂特征。因而断裂是突然进行的。5.1疲劳断裂的基本形式和特征 22、疲劳断裂应力很低循环应力中最大应为幅值一般远低于材料的强度极限和屈服极限。例如，对于旋转弯曲疲劳来说，经107次应力循环破断的应力仅为静弯曲应为的20～40%；对于对称拉压疲劳来说，疲劳破坏的应力水平还要更低一些。5.1疲劳断裂的基本形式和特征～或对于钢制构件，在工程设计中采用的近似计算公式为： 23、疲劳断裂是一个损伤积累的过程疲劳断裂不是立即发生的，而往往经过很长的时间才完成的。疲劳初裂纹的萌生与扩展均是多次应力循环损伤积累的结果。5.1疲劳断裂的基本形式和特征在工程上通常把试件上产生一条可见的初裂纹的应力循环周次（N0）或将N0与试件的总寿命Nf的比值（N0/Nf）作为表征材料疲劳裂纹萌生孕育期的参量。疲劳裂纹萌生的孕育期与应力幅的大小、试件的形状及应力集中状况、材料性质、温度与介质等因素有关。 23.1疲劳断裂的基本形式和特征各因素对N0/Nf值影响的趋势 23.1疲劳断裂的基本形式和特征4、疲劳断裂对材料缺陷的敏感性金属的疲劳失较具有对材料的各种缺陷均为敏感的特点。因为疲劳断裂总是起源于微裂纹处。这些微裂纹有的是材料本身的冶金缺陷，有的是加工制造过程中留下的，有的则是使用过程中产生的。 25、疲劳断裂对腐蚀介质的敏感性金属材料的疲劳断裂除取决于材料本身的性能外，还与零件运行的环境条件有着密切的关系。对材料敏感的环境条件虽然对材料的静强度也有一定的影响，但其影响程度远不如对材料疲劳强度的影响来得显著。大量实验数据表明，在腐蚀环境下材料的疲劳极限较在大气条件下低得多，甚至就没有所说的疲劳极限。3.1疲劳断裂的基本形式和特征 25.2.1疲劳断口的宏观形貌及其特征由于疲劳断裂的过程不同于其他断裂，因而形成了疲劳断裂特有的断口形貌，这是疲劳断裂分析时的根本依据。典型的疲劳断口的宏观形貌结构可分为疲劳核心、疲劳源区、疲劳裂纹的选择发展区、裂纹的快速扩展区及瞬时断裂区等五个区域。一般疲劳断口在宏观上也可粗略地分为疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区三个区域，更粗略地可将其分为疲劳区和瞬时断裂区两个部分。大多数工程构件的疲劳断裂断口上一般可观察到三个区域，因此这一划分更有实际意义。5.2疲劳断口形貌及其特征 2（2）双向弯曲疲劳断裂某些齿轮的齿根承受双向弯曲应力的作用一。零件在双向弯曲应力作用下产生的疲劳断裂，其疲劳源区可能在零件的两侧表面，最后断裂区在截面的内部。两个疲劳核心并非同时产生，扩展速度也不一样，所以断口上的疲劳断裂区一般不完全对称。材料的性质、负荷的大小、结构特征及环境因素等都对断口的形貌有影响，其趋势与单向弯曲疲劳断裂基本相同。5.2疲劳断口形貌及其特征 2（3）旋转弯曲疲劳断裂许多轴类零件的断裂多属于旋转弯曲疲劳断裂。旋转弯曲疲劳断裂时，疲劳源区一般出现在表面，但无固定地点，疲劳源的数量可以是一个也可以是多个。疲劳源区和最后断裂区相对位置一般总是相对于轴的旋转方向而逆转一个角度。由此可以根据疲劳源区与最后断裂区的相对位置推知轴的旋转方向。当轴的表面存在较大的应力集中时，可以出现多个疲劳源区。此时最后断裂区将移至轴件的内部。5.2疲劳断口形貌及其特征 22、拉压疲劳断裂通常情况下，拉压疲劳断裂的疲劳核心多源于表面而不是内部，这一点与静载拉伸断裂时不同。但当构件内部存在有明显的缺陷时，疲劳初裂纹将起源于缺陷处。此时，在断口上将出现两个明显的不同区域，一是光亮的圆形疲劳区（疲劳核心在此中心附近），周围是瞬时断裂区。在疲劳区内一般看不到疲劳弧线，而在瞬时断裂区具有明显的放射花样。5.2疲劳断口形貌及其特征应力集中和材料缺陷将影响疲劳核心的数量及其所在位置，瞬时断裂区的相对大小与负荷大小及材料性质有关。 23扭转疲劳断裂各类传动轴件的断裂主要是扭转疲劳断裂。扭转疲劳断裂的断口形貌，主要有三种类型。5.2疲劳断口形貌及其特征（1）正向断裂断裂表面与轴向成45角，即沿最大正应力作用的平面发生的断裂。单向脉动扭转时为螺旋状；双向扭转时，其断裂面呈星状，应力集中较大的呈锯齿状。 23扭转疲劳断裂（2）切向断裂断面与轴向垂直，即沿着最大切应力所在平面断裂，横断面齐平。5.2疲劳断口形貌及其特征（3）混合断裂横断面呈阶梯状，即沿着最大切应力所在平面起裂并在正应力作用下扩展引起的断裂。正向断裂的宏观形貌一般为纤维状，不易出现疲劳弧线。切向断裂较易出现疲劳弧线。 24、振动疲劳断裂许多机械设备及其零部件在工作时往往出现在其平衡位置附近作来回往复的运动现象，即机械振动。机械振动在许多情况下都是有害的。它除了产生噪音和有损于建筑物的动负荷外，还会显著降低设备的性能及工作寿命。由往复的机械运动引起的断裂称为振动疲劳断裂。当外部的激振力的频率接近系统的固有频率时，系统将出现激烈的共振现象。共振疲劳断裂是机械设备振动疲劳断裂的主要形式，除此之外，尚有颤振疲劳及喘振疲劳。振动疲劳断裂的断口形貌与高频率低应力疲劳断裂相似，具有高周疲劳断裂的所有基本特征。振动疲劳断裂的疲劳核心一般源于最大应力处，但引起断裂的原因，主要是结构设计不合理。因而应通过改变构件的形状、尺寸等调整设备的自振频率等措施予以避免。5、接触疲劳5.2疲劳断口形貌及其特征 25.2.3疲劳断口的微观形貌特征1、疲劳断裂的微观形貌特征疲劳断口微观形貌的基本特征是在电子显微镜下观察到的条状花样，通常称为疲劳条痕、疲劳条带、疲劳辉纹等。疲劳辉纹是具有一定间距的、垂直于裂纹扩展方向、明暗相交且互相平行的条状花样。5.2疲劳断口形貌及其特征 25.2疲劳断口形貌及其特征（1）疲劳辉纹的间距在裂纹扩展初期较小，而后逐渐变大。每一条疲劳辉纹间距对应一个应力循环过程中疲劳裂纹前沿向前的推进量；疲劳辉纹的形貌随金属材料的组织结构、晶粒位向及载荷性质的不同而发生多种变化，通常具有以下特征：（2）疲劳辉纹的形状多为向前凸出的弧形条痕。随着裂纹扩展速度的增加，线的曲率加大。裂纹扩展过程中，如果遇到大块第二相质点的阻碍，也可能出现反弧形或S形弧线疲劳辉纹； 23.2疲劳断口形貌及其特征（3）疲劳辉纹的排列方向取决于各段疲劳裂纹的扩展方向。不同晶粒或同一晶粒双晶界的两侧，或同一晶粒不同区域的扩展方向不同，产生的疲劳辉纹的方向也不一样；（4）面心立方结构材料比体心立方结构材料易于形成疲劳辉纹，平面应变状态比平面应力状态易形成疲劳辉纹，一般应力太小时观察不到疲劳辉纹； 23.2疲劳断口形貌及其特征（5）并非在所有的疲劳断口上都能观察到疲劳辉纹，疲劳辉纹的产生与否取决于材料性质、载荷条件及环境因素等多方面的影响；（6）疲劳辉纹在常温下往往是穿晶的，而在高温下也可以出现沿晶的辉纹；（7）疲劳辉纹有延性和脆性两种类型。 2延性疲劳辉纹是指金属材料疲劳裂纹扩展时，裂纹尖端金属发生较大的塑性变形。疲劳条痕通常是连续的，并向一个方向弯曲成波浪形。5.2疲劳断口形貌及其特征通常在疲劳辉纹间存在有滑移带，在电镜下可以观察到微孔花样。高周疲劳断裂时，其疲劳辉纹通常是延性的。 2脆性疲劳辉纹是指疲劳裂纹沿解理平面扩展，尖端没有或很少有塑性变形，故又称解理辉纹。在电镜下既可观察到与裂纹扩展方向垂直的疲劳辉纹，又可观察到与裂纹扩展方向一致的河流花样及解理台阶。5.2疲劳断口形貌及其特征脆性金属材料及在腐蚀介质环境下工作的高强度塑性材料发生的疲劳断裂，或缓慢加载的疲劳断裂中，其疲劳辉纹通常是脆性的。 25.2疲劳断口形貌及其特征在一些包括面心立方结构的奥氏体不锈钢、体心立方结构的合金结构钢、马氏体不锈钢等材料的疲劳断口上，尚可看到类似解理断裂状河流花样的疲劳沟线及由硬质点滚压形成的轮胎花样。在其他材料中，疲劳条痕并不像在高强铝合金那样清晰而具有规则性。例如，在钢中，疲劳条痕的连续情况是不规则的，有时表现出短而不连续的特征。在另外一些观察中，却看不到疲劳条痕，只看到一些不规则的表面特征和一些独立的韧窝。 25.2疲劳断口形貌及其特征注意：对于工业上常用的合金结构钢，特别是高强度钢零件，许多情况下断口上的大部分面积呈现出静载断裂特征，有时甚至难以找到疲劳辉纹，这给疲劳失效分析带来一定的困难。 25.2疲劳断口形貌及其特征（1）试样厚度试样厚度越厚，越易出现静载断裂花样，它能增高裂纹扩展速率；（2）材料性质塑性材料比脆性材料更易出现疲劳辉纹。当材料KIC60MPam1/2时，断口上的疲劳条带减少，而各种类型的静载断裂花样增多；（3）晶体的结构类型面心立方晶体较体心立方晶体更易出现疲劳条带；（4）加载水平静载断裂花样的出现主要取决于Kmax，而对K不敏感。Kmax越高，越易出现静载断裂花样。断口上出现静载断裂花样与下列因素有关： 25.3.1机械疲劳断裂为了进一步分析载荷性质及环境条件等因素的影响，有必要利用断口的微观特征对零件疲劳断裂的具体类型作进一步判别5.3疲劳断裂失效类型与鉴别1、高周疲劳断裂高周疲劳断口的微观基本特征是细小的疲劳辉纹。此外，有时尚可看到疲劳沟线和轮胎花样。依此即可判断断裂的性质是高周疲劳断裂。但要注意载荷性质、材料结构和环境条件的影响。 25.3疲劳断裂失效类型与鉴别2、低周疲劳断裂低周疲劳断口的微观基本特征是粗大的疲劳辉纹或粗大的疲劳辉纹与微孔花样。同样，低周疲劳断口的微观特征随材料性质、组织结构及环境条件的不同而有很大差别。对于超高强度钢，在加载频率较低和振幅较大的条件下，低周疲劳断口上可能不出现疲劳辉纹而代之以沿晶断裂和微孔花样为特征。 2热稳定不锈钢的低周疲劳断口上除具有典型的疲劳辉纹外，常出现大量的粗大滑移带及密布着细小二次裂纹。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别高温条件下的低周疲劳断裂，由于塑性变形容易，一般其疲劳辉纹更深、辉纹轮廓更为清晰，并且在辉纹间隔处往往出现二次裂纹。 23、振动疲劳（微振疲劳）断裂金属微振疲劳断口的基本特征是细密的疲劳辉纹，金属共振疲劳断口的特征与低周疲劳断口相似。但在疲劳裂纹的起始部位通常可以看到磨损的痕迹、压伤、微裂纹、掉块及带色的粉末（钢铁材料为褐色；铝、镁材料为黑色）5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 2微振疲劳最为明显的特征是在疲劳裂纹的起始部位通常可以看到磨损的痕迹、压伤、微裂纹、掉块及带色的粉末（钢铁材料为褐色；铝、镁材料为黑色）。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 2只有在微振磨损条件下服役的零件，才有可能发生微振疲劳失效。通常易于发生微振疲劳失效的零件有：铆接螺栓、耳片等紧固件；热压、过渡配合件，花键、键槽、夹紧件、万向节头、轴-轴套配合件，齿轮-轴配合件，回摆轴承，板簧以及钢丝绳等。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 24、接触疲劳断裂材料表面在较高的接触压应力作用下，经过多次应力循环，其接触面的局部区域产生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，最后导致构件失效的现象，称之为接触疲劳，也称为接触疲劳磨损或磨损疲劳。主要产生于滚动接触的机器零件如滚动轴承、齿轮、凸轮、车轮等的表面。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 2如果接触疲劳源在材料表面产生，裂纹进一步扩展会出现麻点及导致表面金属剥落；如果接触疲劳裂纹源在材料的次表面产生，则引起表面层压碎，导致工作面剥落。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别接触疲劳断口和磨损疲劳断口特征基本相同。其疲劳辉纹均因摩擦而呈现断续状和不清晰特征。 25.3.2腐蚀疲劳断裂金属零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下导致的断裂，称为腐蚀疲劳断裂。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别由于交变应力的作用，使环境介质能够与不断产生的新金属表面发生作用，使得腐蚀疲劳初裂纹以比恒定载荷下的应力腐蚀快得多的速度进行扩展。 2腐蚀疲劳断裂既不同于应力腐蚀破坏也不同于机械疲劳，同时也不是腐蚀和机械疲劳两种因素作用的简单叠加。因为工件总是在一定介质中工作的，实验证明在真空或纯氮介质中工作的疲劳寿命要比空气中高很多，因此，严格而言，实际条件下的绝大多数疲劳断裂都可以认为是腐蚀疲劳破坏。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别 2（3）材料的腐蚀疲劳不存在疲劳极限。即，金属材料在任何给定的应力条件下，经无限次循环作用后终将导致腐蚀疲劳破坏，这已为众多实验证实。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别2、腐蚀疲劳破坏的特点（1）腐蚀疲劳不需要特定的腐蚀系统。这一点与应力腐蚀破坏不同。它在不含任何特定腐蚀离子的蒸馏水中也能发生。（2）任何金属材料均可能发生腐蚀疲劳，即使是纯金属也能产生腐蚀疲劳。 2（5）腐蚀疲劳初裂纹的扩展受应力循环周次的控制，不循环时裂纹不扩展。低应力频率和低负荷交互作用时，裂纹扩展速度加大。温度升高加速扩展。一般腐蚀介质的浓度越高，则腐蚀疲劳越激烈。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别2、腐蚀疲劳破坏的特点（4）由于腐蚀介质的影响，使—N曲线明显地向低值方向推移，即材料的疲劳强度显著降低，疲劳初裂纹形成的孕育期显著缩短。 25.3疲劳断裂失效类型与鉴别铝合金疲劳裂纹扩展速率与环境水蒸汽浓度的关系机械疲劳与腐蚀疲劳之比较 23、腐蚀疲劳断裂的断口特征5.3疲劳断裂失效类型与鉴别（1）脆性断裂，断口附近无塑变。断口上也有纯机械疲劳断口的宏观特征，但疲劳源区一般不明显。断裂多源自表面缺陷或腐蚀坑底部。（2）微观断口可见疲劳辉纹，但由于腐蚀介质的作用而模糊不清；二次裂纹较多并具有泥纹花样。通常，随着加载频率的降低，断口上的疲劳特征花样逐渐减少，而静载腐蚀断裂（应力腐蚀）特征花样则逐渐增多。 23、腐蚀疲劳断裂的断口特征5.3疲劳断裂失效类型与鉴别（3）属于多源疲劳；裂纹的走向可以是穿晶型的也可能是沿晶型的，而且裂纹通常是成群的。主裂纹附近出现多条次裂纹的现象，是腐蚀疲劳失效的表面特征之一。（4）断口上的腐蚀产物与环境中的腐蚀介质相一致。当断口上既有疲劳特征又有腐蚀疲劳痕迹时，显然可判断为腐蚀疲劳破坏。但是，当断口未见明显宏观腐蚀迹象，而又无腐蚀产物时，也不能认为，此种断裂就一定是机械疲劳。如钝化态的不锈钢腐蚀疲劳。 23、腐蚀疲劳断裂的断口特征5.3疲劳断裂失效类型与鉴别当断口上既有疲劳特征又有腐蚀疲劳痕迹时，显然可判断为腐蚀疲劳破坏。但是，当断口未见明显宏观腐蚀迹象，而又无腐蚀产物时，也不能认为，此种断裂就一定是机械疲劳。因为不锈钢在活化态的腐蚀疲劳的确受到严重的腐蚀，但在钝化态的腐蚀疲劳，通常并看不到明显的腐蚀产物，而后者在不锈钢工程事故中却是经常可以遇到的。由于影响腐蚀疲劳的因素很多，且在很多情况下，腐蚀疲劳与应力腐蚀的断口有许多相似之处，因此，希望单凭断口特征来判断腐蚀疲劳是危险的，必须综合分析各种因素的作用，才能做出准确的判断。 25.3.3金属热疲劳断裂1、概念5.3疲劳断裂失效类型与鉴别金属材料由于温度梯度循环引起的热应力循环（或热应变循环），而产生的疲劳破坏现象，称为热疲劳破坏。热疲劳实质上是应变疲劳，因为热疲劳破坏起因于材料内部膨胀和收缩产生的循环热应变。 2塑性材料抗热应变的能力较强，故不易发生热疲劳。相反，脆性材料抗热应变的能力较差，热应力容易达到材料的断裂应力，故易受热冲击而破坏。5.3疲劳断裂失效类型与鉴别高温下工作的构件通常要经受蠕变和疲劳的共同作用。与腐蚀介质接触的部件还可能产生腐蚀性热疲劳裂纹。 25.3疲劳断裂失效类型与鉴别2、热疲劳破坏的特征（1）典型的表面疲劳裂纹呈龟裂状；根据热应力方向，也形成近似相互平行的多裂纹形态。（2）裂纹走向可以是沿晶型的也可以是穿晶型的；一般裂纹端部较尖锐，裂纹内有或充满氧化物。（3）宏观断口呈深灰色，并为氧化物覆盖； 25.3疲劳断裂失效类型与鉴别（4）由于热蚀作用，微观断口上的疲劳辉纹粗大，有时尚有韧窝花样；（5）裂纹源于表面，裂纹扩展深度与应力、时间及温差变化相对应；（6）疲劳裂纹为多源。 25.3疲劳断裂失效类型与鉴别3、影响因素（1）环境的温度梯度及变化频率越大越易产生热疲劳；（2）热膨胀系数不同的材料组合时，易出现热疲劳；（3）晶粒粗大且不均匀，易产生热疲劳； 25.3疲劳断裂失效类型与鉴别（4）晶界分布的第二相质点对热疲劳的产生，具有促进作用；（5）材料的塑性差易产生热疲劳；（6）零件的几何结构对金属的膨胀和收缩的约束作用大，易产生热疲劳。 25.4.1疲劳断裂原因分析1、零件的结构形状零件的结构形状不合理，主要表现在该零件中的最薄弱的部位存在转角、孔、槽、螺纹等形状的突变而造成过大的应力集中，疲劳微裂纹最易在此处萌生。5.4疲劳断裂失效的原因与预防 22、表面状态不同的切削加工方式（车、铣、刨、磨、抛光）会形成不同的表面粗糙度，即形成不同大小尺寸和尖锐程度的小缺口。这种小缺口与零件几何形状突变所造成的应力集中效果是相同的。由于表面状态不良导致疲劳裂纹的形成是金属零件发生疲劳断裂的另一重要原因。5.4疲劳断裂失效的原因与预防 25.4疲劳断裂失效的原因与预防 23、材料及其组织状态一般的说，回火马氏体较其它混合组织，如珠光体加马氏体及贝氏体加马氏体具有更高的疲劳抗力；铁素体加珠光体组织钢材的疲劳抗力随珠光体组织相对含量的增加而增加；细化珠光体组织有助于疲劳抗力提高。任何增加材料抗拉强度的热处理通常均能提高材料的疲劳抗力。5.4疲劳断裂失效的原因与预防 23、材料及其组织状态材料选用不当或在生产过程中由于管理不善而错用材料造成的疲劳断裂也时有发生。金属材料的组织状态不良是造成疲劳断裂的常见原因。组织的不均匀性，如非金属夹杂物、疏松、偏析、混晶等缺陷均使疲劳抗力降低而成为疲劳断裂的重要原因。5.4疲劳断裂失效的原因与预防 23、材料及其组织状态5.4疲劳断裂失效的原因与预防 24、装配与联接效应装配与联接效应对构件的疲劳寿命有很大的影响。正确的拧紧力矩可使其疲劳寿命提高5倍以上。容易出现的问题是，认为越大的拧紧力对提高联接的可靠性越有利，使用实践和疲劳试验表明，这种看法具有很大的片面性。5.4疲劳断裂失效的原因与预防 25．使用环境环境因素（低温、高温及腐蚀介质等）的变化，使材料的疲劳强度显著降低，往往引起零件过早的发生断裂失效。例如镍铬钢（0.28％C，11.5％Ni，0.73％Cr），淬火并回火状态下在海水中的条件下疲劳强度大约只是在大气中的疲劳极限的20％。5.4疲劳断裂失效的原因与预防 26、载荷频谱许多重要的工程结构件大多承受复杂循环加载。在相同等效应变幅值不同应变路径下，非比例加载低周疲劳寿命远小于单轴拉压低周疲劳寿命。非比例加载低周疲劳寿命强烈依赖于应变路径，与各种应变路径下的非比例循环附加强化程序直接相关。5.4疲劳断裂失效的原因与预防 26、载荷频谱5.4疲劳断裂失效的原因与预防316L不锈钢非比例加载低周疲劳寿命（/2=47%）应变路径疲劳寿命2Nf/次单轴拉压3/1=0.06563椭圆路径3/1=0.51250矩形路径3/1=0.5929正方形路径3/1=1.0779圆形路径3/1=1.0663注：/2和/2分别为切应变和拉应变幅；； 25.4疲劳断裂失效的原因与预防1、延缓疲劳裂纹萌生的时间2、降低疲劳裂纹的扩展速率3、提高疲劳裂纹门槛值的长度（Kth）5.4.2疲劳断裂的预防措施预防疲劳断裂的措施与疲劳断裂发生的原因是一致的，一般为（1）改善构件的结构设计，提高表面精度，尽量减少或消除应力集中作用；（2）提高零件的疲劳抗力。 21、磨损（1）磨损的概念（2）磨损程度的度量（3）耐磨性2、磨损失效机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。6.1.1磨损及磨损失效 26.1磨损失效分析6.1.2磨损失效分析磨损失效分析可以概括为：用宏观及微观分析方法对磨损失效零件的表面、剖面及回收到的磨屑进行分析，同时考虑工况条件的各种参数对零件使用过程造成的影响，再考虑零件的设计、加工、装配、工艺和材质等原始资料，综合分析磨损发生发展的过程，判断早期失效的原因，或耐磨性差的原因。从而使选材、加工工艺和结构设计更趋合理，以达到提高零件使用寿命及设备稳定可靠的目的。 26.1磨损失效分析1、磨损失效分析的步骤（1）现场调查及宏观分析（2）测量磨损失效情况（3）检查润滑情况及润滑剂的质量（4）摩擦副材质的检查（5）进行必要的模拟试验（6）确定磨损机制，分折失效原因，提出改进措施 26.1磨损失效分析2、磨损失效分析的内容（1）磨损表面形貌分析宏观分析微观分析（2）磨损亚表层分析a冷加工变形硬化，且硬化程度比常规的冷作硬化要强烈的多；b由于摩擦热、变形热等的影响，亚表层可观察到金属组织的回火、回复再结晶、相变、非晶态层等；c可以观察到裂纹的形成部位，裂纹的增殖及扩展情况及磨损碎片的产生和剥落过程，为磨损理论研究提供重要的实验依据。（3）磨屑分析 26.1磨损失效分析3、磨损失效模式的判断（1）粘着磨损的特征及判断（2）磨料磨损的特征及判断（3）疲劳磨损的特征及判断（4）腐蚀磨损特征及判断（5）冲蚀磨损特征及判断（6）微动磨损特征及判断 26.1磨损失效分析6.1.3磨损失效的预防措施1、改进结构设计及制造工艺2、改进使用条件，提高维护质量3、工艺措施4、材料选择表6-2，6-3 26.2腐蚀失效分析6.2.1腐蚀及腐蚀失效1、腐蚀的概念腐蚀的定义材料与其所处的环境因素相互作用导致材料结构完整性的破坏现象，称为材料的腐蚀。 26.2腐蚀失效分析2、腐蚀失效（1）腐蚀失效形式a腐蚀造成受载零件截面积的减小而引起过载失效(断裂)b腐蚀引起密封元件的损伤而造成密封失效。c腐蚀使材料性质变坏而引起失效。d腐蚀使高速旋转的零件失去动平衡而失效。e腐蚀使设备使用功能下降而失效。（2）腐蚀失效的危害 《职业病防治法》南通市卫生监督所张佩武2011-4-12 国家职业卫生法律法规1．中华人民共和国职业病防治法2．使用有毒物品作业场所劳动保护条例3.职业病危害项目申报管理办法4．建设项目职业病危害分类管理办法5．职业健康监护管理办法6．职业病诊断与鉴定管理办法7．职业病危害事故调查处理办法8．建设项目职业卫生审查规定 国家职业卫生法律法规9．职业健康监护技术规范10．职业病危害因素分类目录11．高毒物品目录12．剧毒化学品目录13．职业病目录14．工业企业总平面设计规范15．工作场所职业病危害警示标识16．工作场所防止职业中毒卫生工程防护措施规范17．工业企业设计卫生标准18．工作场所有害因素职业接触限值 职业病防治法一、适用范围：为中华人民共和国领域内的职业病防治活动。二、职业病防治工作的方针：坚持预防为主、防治结合的方针，实行分类管理、综合治理。三、国家实行职业卫生监督制度。四、用人单位的义务与职责：1、为劳动者创造符合国家职业卫生标准和卫生要求的工作环境和条件，并采取措施保障劳动者获得职业卫生保护。2、建立健全职业病防治责任制，对本单位产生的职业病危害承担责任。用人单位是职业病防治的第一责任人。3、必须依法参加工伤社会保险。 4、落实职业病危害项目申报制度。用人单位应将本厂存在的职业病危害项目，及时、如实向安监部门（卫生行政部门）申报。5、落实建设项目职业病危害前期预防工作（1）职业病危害预评价报告与卫生审核对可能产生职业病危害的建设项目（新建、扩建、改建等），建设单位在可行性论证阶段应当向卫生行政部门提交职业病危害预评价报告。未提交预评价报告或者预评价报告未经卫生行政部门审核同意的，有关部门不得批准该建设项目。（2）职业病防护设施“三同时”建设项目的职业病防护设施并与主体工程同时设计，同时施工，同时投入生产和使用；所需费用应当纳入建设项目工程预算。 （3）防护设施设计卫生审查职业病危害严重的建设项目的防护设施设计，应当经卫生行政部门进行卫生审查，符合国家职业卫生标准和卫生要求的，方可施工。（4）职业病危害控制效果评价与竣工验收建设项目在竣工验收前，建设单位应当进行职业病危害控制效果评价。建设项目竣工验收时，其职业病防护设施经卫生行政部门验收合格后，方可投入正式生产和使用。职业病危害预评价、职业病危害控制效果评价由取得省卫生厅资质认证的职业卫生技术服务机构进行。 6、落实职业病防治管理措施（1）设置或指定职业卫生专业管理机制或组织，配备专职职业卫生人员。（2）制定职业病防治计划和实施方案。（3）建立、健全职业卫生管理制度和操作规程。（4）建立、健全职业卫生档案和劳动者健康监护档案。（5）建立、健全工作场所职业病危害因素监测及评价制度。（6）建立、健全职业病危害事故应急救援预案。7、采取职业病防护设施与个人防护必须采取有效的职业病防护设施，并为劳动者提供个人防护用品。 8、设置公告栏。⑴在醒目位置。⑵公布内容：①职业病防治的规章制度。②操作规程。③职业病危害事故应急救援措施。④测定结果。9、设置警示标识和中文警示说明。⑴在产生严重职业病危害的作业岗位。⑵在醒目位置。⑶警示说明内容：①产生职业病危害的种类。②后果。③预防。④应急救援措施。10、设置应急设施。设置报警装置，配置现场急救用品、冲洗设备、应急撤离通道和必要的泄险区。11、定期检测与评价。用人单位应当按照规定，定期对工作场所进行职业病危害因素检测、评价。检测、评价结果：①存入单位职业卫生档案。②定期向所在地卫生行政部门报告。③向劳动者公布。 12、不得隐瞒职业病危害。用人单位对有职业病危害的技术、工艺、材料，隐瞒其危害而采用之，对所造成的职业病危害后果承担责任。13、职业病危害告知。用人单位与劳动者订立劳动合同时，应当将工作过程中可能产生的职业病危害及其后果、职业病防护措施和待遇等如实告知劳动者，并在劳动合同中写明，不得隐瞒或者欺骗。14、职业卫生培训。用人单位应当对劳动者进行上岗前的职业卫生培训和在岗期间的定期职业卫生培训。 15、职业健康检查与监护。（1）用人单位对从事接触职业病危害作业的劳动者，应当组织上岗前、在岗期间和离岗时的职业健康检查，并将检查结果如实告知劳动者，职业健康检查费用由用人单位承担。用人单位：①不得安排未经上岗前职业健康检查的劳动者从事接触职业病危害的作业。②不得安排有职业禁止的劳动者从事其所禁忌的作业。③对在职业健康检查中发现有与所从事的职业相关的健康损害的劳动者，应当调离原工作岗位，并妥善安置。④对未进行离岗前职业健康检查的劳动者，不得解除或者终止与其订立的劳动合同。 （2）用人单位应当为劳动者建立职业健康监护档案，并按照规定的期限妥善保存。（3）用人单位不得安排未成年工从事接触职业病危害的作业，不得安排孕妇、哺乳期的女职工从事对本人和胎儿有危害的作业16、急性职业病危害事故应急救援和控制。（1）在发生或者可能发生急性职业病危害事故时，用人单位应当立即采取应急救援和控制措施，并及时报告所在地安全监督管理部门和卫生行政部门有关。（2）对遭受或者可能遭受急性职业病危害的劳动者，用人单位应当及时组织救治，进行健康检查和医学观察，所需费用由用人单位承担。16、职业病报告。用人单位发现职业病人或疑似职业病人时，应当及时向所在地卫生行政部门报告，确诊为职业病的，用人单位还应当向所在地劳动保障行政部门报告。 17、职业病病人诊断与治疗。（1）用人单位应当及时安排对疑似职业病病人进行诊断。在疑似职业病病人诊断或者医学观察期间，不得解除或者终止与其订立的劳动合同。疑似职业病病人在诊断、医学观察期间的费用，由用人单位承担。（2）用人单位应当按照国家有关规定，安排对职业病病人进行治疗、康复和定期检查。用人单位对不适宜继续从事原工作的职业病病人，应当调离原岗位，并妥善安置。对从事接触职业病危害作业的劳动者，应当给予适当的岗位津贴。18、职业病防治经费支出。用人单位用于职业病防治预防和处理职业病危害、工作场所卫生检测、健康监护和职业卫生培训等费用，按照国家有关规定，在生产成本中据实列支。 五、劳动者享有的权利和义务（一）权利有：1、获得职业卫生教育、培训的权利。2、获得职业健康检查、职业病诊疗、复康等职业病防治服务的权利。劳动者离开用人单位时，有权索取本人职业健康监护档案的复印件。3、劳动者有权了解工作场所产生或者可能产生的职业病危害因素、危害后果所应当采取的职业病防治措施。4、劳动者有权要求用人单位提供符合防治职业病要求的职业病防护设施和个人使用的职业病防护用品，改善工作条件。 5、对违反职业病防治法律、法规以及危及生命健康的行为，劳动者有权提出批评、检举和控告。6、劳动者有权拒绝违章指挥和强令进行没有职业病防护措施的作业。7、劳动者有权参与用人单位职业卫生工作的民主管理，对职业病防治工作提出意见和建议。用人单位对因劳动者依法行使正当权利而降低其工资、福利等待遇或者解除、终止与其订立的劳动合同的，其行为无效。 （二）义务有：1、劳动者应当学习与掌握相关的职业卫生知识。2、遵守职业病防治法律、法规、规章和操作规程。3、正确使用、维护职业病防护设备和个人使用的职业病防护用品。4、发现职业病危害事故隐患应当及时报告。劳动者不履行义务的，用人单位应当对其进行教育。 六、职业病诊断1、受理的范围：一是用人单位所在地；二是本人居住地。2、诊断办法：一是具有职业病诊断资质。要由省级以上卫生行政部门批准的医疗卫生机构承担。目前在我市只有南通市疾病预防控制中心具有职业病诊断资质。二是要集体诊断。要有三名以上取得职业病诊断资格的执业医师集体诊断。 六、职业病诊断三是要综合分析。要依据下列因素：（一）病人的职业史；（二）职业病危害接触史和现场危害调查与评价；（三）临床表现以及辅助检查结果等。四是可举证倒置。没有证据否定职业病危害因素与病人临床表现之间的必然联系的，在排除其他致病因素后，应当诊断为职业病。 七、职业病鉴定1、鉴定类型：（1）初级鉴定。当事人对职业病诊断有异议的，可以向作出诊断的医疗卫生机构所在地的市级卫生行政部门申请鉴定。市级卫生行政部门根据当事人的申请，组织职业病诊断鉴定委员会进行鉴定。（2）最终鉴定。当事人对市级职业病诊断鉴定委员会的鉴定结论不服的，可以向省级卫生行政部门申请再鉴定。省级卫生行政部门根据当事人的申请，组织职业病诊断鉴定委员会进行鉴定。 八、法律责任处罚的类型：1、对用人单位：①警告，责令限期改正。②逾期不改正的，罚款，罚款数为1—50万。③情节严重的，停止产生职业病危害的作业。④责令停建、关闭。2、对直接负责的主管人员和其他直接责任人：①减级。②撤职。③开除。④追究刑事责任—用人单位违反本规定，造成重大职业病危害事故或者说其他严重后果，构成犯罪的，依法追究刑事责任。 八、法律责任一、建设单位有违反建设项目“三同时”规定。1、未按照规定进行职业病危害预评价或者未提交职业病危害预评价报告，或者职业病危害预评价报告未经卫生行政部门审核同意，擅自开工的；2、职业病危害严重的建设项目，其职业病防护设施设计未经卫生行政部门审核同意，擅自开工的，或不符合国家职业卫生标准和卫生要求施工的；3、未按照规定对职业病防护设施进行职业病危害控制效果评价、未经卫生行政部门验收或者验收不合格，擅自投入使用的。二、违反职业病防治管理措施规定。 八、法律责任三、违反职业卫生培训规定。四、违反职业病危害因素检测与评价规定。五、违反职业健康监护规定。六、违反职业病报告规定。七、违反告知劳动者职业病危害规定。八、违反申报产生职业病危害的项目规定。九、违反本法规定，已经对劳动者生命健康造成严重损害的。'