3.1　裂纹

零件在应力和环境的作用下产生的局部破断称为裂纹。裂纹是零件薄弱部位的一种不稳定缺陷。从断裂力学的观点来看，材料内部存在的夹杂、气孔和发纹等各种缺陷可视为裂纹。在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头局部区域的金属原子结合力遭到破坏而产生的缝隙也称为裂纹。

通过光学显微镜观察，裂纹两侧凹凸不平，耦合自然，绝大多数裂纹末端呈尖锐状。划伤没有尖端和裂变深度，两侧平滑，不能自然耦合。裂纹的出现和扩展，使材料的力学性能明显变差。抗裂纹性是材料抵抗裂纹产生及扩展的能力，是材料的重要性能指标之一。

裂纹的修理方法主要有将尖端变圆钝、打止裂孔和提槽等。

3.1.1　裂纹的类型

裂纹根据尺寸大小，可分为宏观裂纹、微观裂纹和超显微裂纹，如图1-3-1～图1-3-3所示。宏观裂纹是指目视可见的裂纹，一般宽度大于0.05 mm。裂纹按形成机理不同，可以划分为如下类型：

图1-3-1　宏观裂纹

图1-3-2　微观裂纹

图1-3-3　超显微裂纹

（1）线状裂纹。垂直于结构主应力的一种纵向裂纹，称线状裂纹，简称线裂。线裂呈单条分布，主要由发纹、划痕或夹杂在应力作用下扩展而成，易发展成断裂破坏。

（2）网状裂纹。一般情况下，深度较浅，裂纹呈龟壳网状的表面宏观裂纹称网状裂纹，也称为龟裂。

（3）应力裂纹。应力作用引发的裂纹，称应力裂纹。

（4）蠕变裂纹。在一定的温度下，受持续应力作用而引起的缓慢塑性变形称金属的蠕变。引起蠕变的应力称蠕变应力。在蠕变应力作用下，蠕变变形逐渐增加而产生的裂纹称蠕变裂纹。

（5）腐蚀裂纹。高变应力作用下，破坏了金属的保护层，产生了微观腐蚀孔，微孔处产生了尖锐的裂纹，称腐蚀裂纹。

（6）疲劳裂纹。金属零件在高变荷载应力的作用下产生的裂纹，称疲劳裂纹。

3.1.2　疲劳裂纹的发生机理

部分零件满足静强度要求，但在低于屈服极限，甚至弹性极限以下的高变应力反复作用下，由高变应力反复作用导致的破断称为疲劳破坏。根据荷载和环境条件，疲劳可分为低应力、高循环次数的高周疲劳，由于热应力反复作用而发生的热疲劳，表面在接触应力反复作用下产生的接触疲劳，由于循环荷载和腐蚀介质同时作用而发生的腐蚀疲劳。疲劳破坏时最大主应力低于材料的抗拉强度，无论是脆性材料还是塑性材料，疲劳破坏时均显示脆性断裂的特征，无明显的塑性变形。疲劳破坏断口可分为疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区三部分。

零件的疲劳破坏分为四个阶段：裂纹成核（萌生）、微裂纹形成（裂纹扩展的第一阶段）、裂纹扩展的第二阶段和瞬时断裂。裂纹始于疲劳源位置，一般形成于零件表面的应力集中区域，当零件内部有缺陷时，疲劳源产生在零件内部。在交变荷载作用下，零件的局部产生应力集中，多次交变应力作用后形成裂纹。零件疲劳初期，先发生疲劳强化，随后软化。如铁丝正常力值拉伸不能拉断，但反复弯曲后，产生疲劳裂纹，则断裂较快。应变疲劳过程中，由于应力和应变的循环作用，一些材料发生抗变形能力增加的疲劳强化现象，一些材料则出现疲劳软化现象。