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material testing-材料的各种测试方法
热分析DSC,DTA；力学分析，抗弯，压缩，拉伸，断裂，冲击，硬度，疲劳；结构分析，各种谱图，电子射线，X射线，XRD,SEM,TED,IR；成分分析，化学，EDS
编辑于2020-07-01 13:15:10- 热分析
- 力学分析
- 反脆弱，随机漫步的傻瓜
你想从随机性中发现财富的密码吗？你想从反脆弱中找到投资的机会和成长的法则吗？ 人应该做随机性的主宰，而不是被随机性主宰； 脆弱的反义词是反脆弱，投资的两头策略非常值得我们学习
- 黑天鹅，灰犀牛
要准确的认识到黑天鹅和灰犀牛的定义和所描述的情况，比如为什么当代黑天鹅的事情越来越多？人们为什么即使知道灰犀牛事件也会选择一种“集体无意识”的态度去忽略它。两本书是同一个作者写的，在思维观点上对于刚接触的人会很耳目一新
- 文明的冲突与世界秩序的重建 硬球政治 权力的转移
文明的建立和现代文明的描述，现代化并不产生普世文明；文明冲突下全球的政治格局是什么样的；信息就是权力，从一个国家到一个小公司，谁掌握了信息并能正确的利用信息，谁就能抓住权力的鞭子，身为个体要有一定的信息分辨能力；硬球政治的含义其实就是毛主席说的团结大多数人，把自己的朋友搞的多多的，敌人的朋友搞的少少的。
material testing-材料的各种测试方法
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- 反脆弱，随机漫步的傻瓜
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- 黑天鹅，灰犀牛
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- 文明的冲突与世界秩序的重建 硬球政治 权力的转移
文明的建立和现代文明的描述，现代化并不产生普世文明；文明冲突下全球的政治格局是什么样的；信息就是权力，从一个国家到一个小公司，谁掌握了信息并能正确的利用信息，谁就能抓住权力的鞭子，身为个体要有一定的信息分辨能力；硬球政治的含义其实就是毛主席说的团结大多数人，把自己的朋友搞的多多的，敌人的朋友搞的少少的。
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- 大纲
MATERIALS TESTING
Structure
Composition
Traditional chemical methods
Standard
Samples collection, prepare, store
Measurement
Interference dismiss
Calculate
Data analysis
Original record and test report
Chromatographic
Different wavelength of light <U:\Private\Tseting for materials\Different wavelength for light.png>
气相色谱法 GC
分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离
谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化
提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分 含量有关
反气相色谱法 IGC
分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的 相互作用力
谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线
提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数
裂解气相色谱法 PGC
分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片
谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化
提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型
Element analysis
Mass spectrum
分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同 m/e 分离
谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随 m/e 的变化
提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素 组成及结构的信息
荧光光谱法 FS
原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光
谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化
提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息
Ultraviolet
原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁
谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化
提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息
Visible spectrum
Infrared spectrum
分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃 迁
谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化
提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率
Lam spectrum
分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射
谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化
提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率
Application
不同的物质，其拉曼谱是不同的，就象人的指纹一样，因此拉曼光谱可用于物 相的分析与表征，如非晶碳，微晶石墨，金刚石，单晶石墨的拉曼谱不同
同位素分析
年代估计
显微拉曼光谱技术检测激光微加工质量
艺术品修复
催化上的应用
拉曼光谱能提供催化剂本身以及表面上物种的结构信息，这是认识催化剂和催 化反应最为重要的信息
拉曼光谱较容易实现原位条件下 (高温、高压，复杂体系) 的催化研究
拉曼光谱可以用于催化剂制备的研究，特别是可以对催化剂制备过程从水相到 固相的实时研究
拉曼光谱可以实现时间分辨动力学和动态学的研究
例：TiO2不同温度焙烧的 XRD 图谱、可见拉曼光谱和紫外拉曼光谱的比较，研 究 TiO2相变模型，特别是表面相变过程
Nuclear magnetic resonance
分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能 级的跃迁
谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化
提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处 化学环境和几何构型的信息
EPR
直接检测和研究含有未成对电子顺磁性物质的一种波谱学技术
优点
EPR 是观察自由基等顺磁性物质的一种最直接、高灵敏的方法
不需对样品进行复杂的处理，直接检测而不破坏样品
缺点
局限性大，只能检测顺磁性物质
对含有顺磁性离子或原子的化合物，EPR 一般只能给出较少的局部结构 信息，或得到结构方面的信息复杂，难以作出准确的判定
电子顺磁共振波谱法 ESR
分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级 跃迁
谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化
提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子 密度、分子键特性及几何构型信息
Local structure
RDF,非晶态径向分布函数
平均间距、最近邻配位数、短程序范围的大小
Extended X-ray absorption fine structure, EXAFS
X射线吸收限高能侧30eV至约1000eV范围内吸收系数随入射X光子能量增加而起伏振荡的现象，近年来它被广泛应用于测定多原子气体和凝聚态物质吸收原子周围的局域结构
molecular structure
Diffraction
Gel permeation chromatographic
分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子 先流出
谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化
提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布
Mass spectrum
Infrared spectrum
Lam spectrum
Nuclear magnetic resonance
congregate state
激光粒度仪
当光线通过不均匀的介质，会发生散射，散射光中包含散射体大小，形状，结构，成分，组成，浓度等信息
颗粒群的浓度分布与折射率大小，还可以测量颗粒群的尺寸分布
吸光光度法
无论物质有无颜色，当光线通过其溶液时，它会有选择地吸收一定波长的光。溶液对特 定波长的光的吸收程度与该溶液的浓度有关，溶液的浓度越大，对光的吸收程度也就越大，因此可以根据溶液对光的吸收程度确定溶液的浓度，进而确定被测组分的含量
误差2-5%
波长表示物质的成分，强度表示含量
正电子泯灭
正电子寿命可以得到电子密度的信息
反应介质中缺陷大小和种类，缺陷越多，寿命越长
X-ray analysis
XRD
任何具有一定能量的带电粒子高速运动轰击物质时，发 生能量转换，电子的运动受阻失去能量，其中一小部分能量转变为 X 射线
物相定性分析
布拉格方程，每种物质都有特定的卡片
物相定量分析
看强度
衍射分峰宽化
晶格畸变
晶粒细化
表面残余应力
弹性应变导致晶面间距发生变化
非晶态结构径向分布函数测定
EDS
WDS
Small angle scattering
Optional micrographic
Electronic micrographic
SEM
颗粒、快样，接收反射信号，形貌，与 EBSD 结合可观察表面信息，微区 成分分析
背散射电子衍射分析
晶体取向图
o
背散射电子
成分衬度好
二次电子
形貌衬度好，和成分关系不大
韧窝断口 <U:\Private\Tseting for materials\韧窝.png>
解理断口 <U:\Private\Tseting for materials\解理断口.png>
准解理断口 <U:\Private\Tseting for materials\准解理断口.png>
脆性沿晶断口 <U:\Private\Tseting for materials\沿晶断裂.png>
疲劳断口 <U:\Private\Tseting for materials\疲劳断口.png>
样品要求
导电性能好
热稳定性好
二次电子和背散射电子产率高
Application
金属、陶瓷、矿物、水泥、半导体、纸张、塑料、食品、农作物和化工 产品的显微形貌、晶体结构和相组织的观察与分析
各种材料微区化学成分的定量检测
粉末、微粒、纳米样品形态观察和粒度测定
机械零件与工业产品的失效分析
镀层厚度、成分与质量评定
刑侦案件物证分析与鉴定
新材料性质的测定和评价
在生物、医学和农业等领域也有广泛的应用
TEM
小颗粒、薄样品，可以做结构、形貌、微区分析
选区电子衍射
HRTEM
高分辨，可达亚埃级，1nm 的微区分析
EPMA
电子探针，主要做微区成分分析
XPS
优点
可测除 H、He 以外的所有元素
亚单层灵敏度；探测深度 1～20 单层，依赖材料和实验参数
定量元素分析
优异的化学信息，化学位移和卫星结构与完整的标准化合物数据库的联合使用
分析是非结构破坏的；X 射线束损伤通常微不足道
详细的电子结构和某些几何信息
缺点
典型的数据采集与典型的 AES 相比较慢，部分原因是由于 XPS 通常采集了更多 的细节信息
横向空间分辨率较低
检测极限0.1-1%
AES
当 X 射线或者高能电子打到物质上以后，能以一种特殊的物理过程 (俄歇过程)释放出二次电子——俄歇电子，其能量只决定于原子中的相关 电子能级，而与激发源无关，因而它具有“指纹”特征，可用来鉴定元 素种类
UPS
它以真空紫外光(hn<45eV)作为电离源，发射的光电子来自原子的 价壳层。主要用于研究固体和气体分子的价电子和能带结构以及表面态 情况
EELS
一束能量为 E 的电子在与样品碰撞当中将部分能量传递给样品原 子或分子，使之激发到费密(Fermi)能级以上的空轨道 Ef，而自身损失了 El 能量的电子以 Ep 的动能进入检测器而被记录下来。由能量损失谱可 以得到有关费密能级以上空态密度的信息。而 XPS、AES 等给出的则是费 密能级以下的填充态密度的信息
95%的信息来源与3倍电子波长的深度1nm-10nm之间
高真空是研究表面的必要条件
电子被气体散射
10-6mbar高真空下，1S就会吸附一层气体分子在样品表面
Atomic force micrographic
表面原子量级观察，原子、分子操纵、加工，物性测量，粗糙度
大气条件下，不需要制样
Metal
Composition
AAS，AES，XRF，EDX
Microstructure
NMR, XRD，ED
Phase structure
Grain size
Corrosion
Impurity distribution
形貌分析（SEM,TEM,AFM,STM）
表面与界面分析（XPS，AES，SIMS）
Ceramics
Composition
Particles size and distribution
Crystal structure
Porosity
Corrosion
Polymer
Composition
Molecular quantity and distribution
UV-VIS, IR，LRS
Chain structure
Congregate state
Corrosion
Additives
Physical
Thermal
Optional
Electronic
Magnesium
Properties
Thermal analysis
TG
热重法
分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化
谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线
提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区
DSC
示差扫描量热法
分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化
谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线
提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息
TMA
.静态热―力分析
分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化
谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线
提供的信息：热转变温度和力学状态
DTA
热差分析
分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温 差，记录温度随环境温度或时间的变化
谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线
提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息
DMA
动态热―力分析
分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化
谱图的表示方法：模量或 tgδ随温度变化曲线
提供的信息：热转变温度模量和 tgδ
Rheologic
Capillary rheometer
Rotational rheometer
Dynamics mechanical analysis
Mechanical
Nanoidentation
表面弹性模量，硬度，屈服强度，加工硬化指数
小型化的材料，薄膜类
Tensile
The process
Elastics transformation- yield transformation -work hardening(even plastics transformation)
Elastics
The ability to elastics
弹性变形都是可逆的
理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的
弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映
单晶体和多晶体金属的弹性模量，主要取决于金属原子本性和晶体类型
Stiffness=elastics modulus
The resistance to elastics
弹性比功
The good or bad for elastics
包申格效应
金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象
滞弹性；伪弹性；粘弹性
包申格效应消除方法：预先大塑性变形，回复或再结晶温度下退火
Elastics aftereffect
弹性滞后环
非理想弹性情况下，应力和应变不一致，在加载和卸载的过程中会产生一条环线
金属的循环韧性，也叫内耗
金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力
循环韧性表示材料的消震能力
Plastics
滑移
滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素）
滑移面——受温度、成分和变形的影响
滑移方向——比较稳定
孪生
fcc、bcc、hcp都能以孪生产生塑性变形
一般在低温、高速条件下发生；变形量小，调整滑移面的方向
屈服现象
退火、正火、调质的中、低碳钢和低合金钢比较常见，分为不连续屈服和连续屈服
屈服点
材料在拉伸屈服时对应的应力值，σs
上屈服点
试样发生屈服而力首次下降前的最大应力值，σsu
下屈服点
试样屈服阶段中最小应力，σsl
屈服平台（屈服齿)
屈服伸长对应的水平线段或者曲折线段
吕德斯带
不均匀变形；对于冲压件，不容许出现，防止产生褶皱
屈服强度
表征材料对微量塑性变形的抗力
连续屈服曲线的屈服强度
用规定微量塑性伸长应力表征材料对微量塑性变形的抗力
缩颈
韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象
抗拉强度
韧性金属试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。代表金属材料所能承受的最大拉伸应力，表征金属材料对最大均匀塑性变形的抗力。与应变硬化指数和应变硬化系数有关。等于最大拉应力比上原始横截面积
塑性
塑性是指金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力
Toughness
断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力
韧度
单位体积材料断裂前所吸收的功
韧性断裂
裂纹缓慢扩展过程中消耗能量
断裂最先发生在纤维区，然后快速扩展形成放射最后断裂形成剪切唇，放射区在裂纹快速扩展过程中形成，一般放射区汇聚方向指向裂纹源
脆性断裂
基本不产生塑性变形，危害性大。低应力脆断，工作应力很低，一般低于屈服极限
脆断裂纹总是从内部的宏观缺陷处开始；温度降低，应变速度增加，脆断倾向增加
穿晶断裂
裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂，断口明亮
沿晶断裂
裂纹沿晶界扩展，都是脆性断裂，由晶界处的脆性第二相等造成，断口相对灰暗。穿晶断裂和沿晶断裂可混合发生。高温下，多由穿晶断裂转为沿晶韧性断裂
沿晶断裂断口
断口冰糖状；若晶粒细小，断口呈晶粒状
剪切断裂
材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂
解理断裂
材料在正应力作用下，由于原于间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂
金属的强度
金属材料原子间结合力的大小
一般说金属熔点高，弹性模量大，热膨胀系数小则其原子间结合力大，断裂强度高
断裂的实质就是外力作用下材料沿某个原子面分开的过程
格里菲思理论
从热力学观点看，凡是使能量减低的过程都将自发进行，凡使能量升高的过程必将停止，除非外界提供能量
由于裂纹存在，系统弹性能降低，与因存在裂纹而增加的表面能平衡。如弹性能降低足以满足表面能增加，裂纹就会失稳扩展，引起脆性破坏
Fracture
Typess
磨损
腐蚀
断裂
按断裂的形态
韧性断裂
脆性断裂
一般规定断面收缩率小于5％则为脆性断裂。反之大于5％的为韧性断裂。 脆性断口平齐而光亮，与正应力垂直，断口常呈人字纹或放射花样
按裂纹扩展路径
穿晶断裂
沿晶断裂
按断裂机制
解理断裂
剪切断裂
Compression
Bending
Shock impact
冲击韧性
材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力
低温脆性
体心立方或某些密排六方晶体金属及合金，当试验温度低于某一温度tk或温度区间时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状。tk或温度区间称为韧脆转变温度，又称冷脆转变温度
韧脆的影响因素
温度（低温脆性）
低温脆性是材料屈服强度随温度降低急剧增加的结果。屈服强度σs的随温度降低而升高，而断裂强度σc随温度变化很小
体心立方金属及其合金存在低温脆性
普通中、低强度钢的基体是体心立方点阵的铁素体，故这类钢 有明显的低温脆性
应力状态（三向拉应力状态）
变形速度的影响（冲击脆断）
化学成分
间隙溶质元素溶入铁素体基体中，偏聚于 位错线附近，阻碍位 错运动，致σs升高， 钢的韧脆转变温度提高
显微组织
晶粒大小，细化晶粒使材料韧性增加；减小亚晶和胞状结构尺寸也能提高韧性
Hardness
金属材料软硬程度的一种性能指标
Methods
划痕法——表征金属切断强度
回跳法——表征金属弹性变形功
压入法——表征塑性变形抗力及应变硬化能力
Types
布氏硬度
压头
淬火钢球（HBS）
硬质合金球（HBW）
载荷
3000Kg 硬质合金
500Kg 软质材料
保载时间
10-15s 黑色金属
30s 有色金属
压痕相似原理
只用一种标准的载荷和钢球直径,不能同时适应硬的材料或者软的材料。为保证不同载荷和直径测量的 硬度值之间可比，压痕必须满足几何相似
布氏硬度表示方法
600HBW1/30/20
①度值，②符号HBW，③球直径，④试验力(1kgf=9.80665N)，⑤试验力保持时间
优点
压头直径较大→压痕面积较大→硬度值可反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，不受个别组成 相及微小不均匀性的影响。
缺点
对不同材料需更换压头直径和改变试验力，压痕测量麻烦，自动检测受到限制；压痕较大时不宜在成品上试验
洛氏硬度
以测量压痕深度表示材料硬度值
压头
α＝120°的金刚石圆锥体
一定直径的淬火钢球
优点
操作简便、迅速，硬度可直接读出；压痕较小，可在工件上试验；用不同标尺可测定软硬不同和厚薄不一的试样
缺点
压痕较小，代表性差；材料若有偏析及组织不均匀等缺陷，测试值重复性差，分散度大；用不同标尺测得的硬度值没有联系，不能直接比较
维氏硬度
根据单位面积所承受的试验力计算硬度值
压头是两个相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体
努氏硬度
与维氏硬度的区别1）压头形状不同；2）硬度值不是试验力除以压痕表面积，而是除以压痕投影面积
肖氏硬度
一种动载荷试验法，原理是将一定质量的带有金刚石圆头或钢球的重锤，从一定高度落于金属试样表面，根据重锤回跳的高度来表征金属硬度值大小，也称回跳硬度。用HS表示
里氏硬度
动载荷试验法，用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定的速度冲击试样表面，用冲头的回弹速度表征金属的硬度值。用HL表示。
Fatigue
金属机件在变动应力和应变长期作用下，由于积累损伤而引起的断裂现象
Process
材料内部薄弱区域的组织在变动应力作用下，逐渐发生变化和损伤累积、开裂，当裂纹扩展达到一定程度后发生突然断裂的过程，是一个从局部区域开始的损伤累积，最终引起整体破坏的过程
循环应力的波形
正弦波
矩形波
三角波
疲劳按应力状态分
弯曲疲劳
扭转疲劳
拉压疲劳
接触疲劳
复合疲劳
疲劳按环境和接触情况分
大气疲劳
腐蚀疲劳
高温疲劳
热疲劳及接触疲劳
疲劳按应力高低和断裂寿命分
高周疲劳
低周疲劳
特点
该破坏是一种潜藏的突发性破坏，在静载下显示韧性或脆性破坏的材料在疲劳破坏前均不会发生明显的塑性变形，呈脆性断裂
疲劳对缺口、裂纹及组织等缺陷十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。因为缺口或裂纹会引起应力集中，加大对材料的损伤作用；组织缺陷(夹杂、疏松、白点、脱碳等)，将降低材料的局部强度，二者综合更加速疲劳破坏的起始与发展。
疲劳宏观断口
疲劳断裂经历了裂纹萌生和扩展过程。由于应力水平较低，因此具有较明显的裂纹萌生和稳态扩展阶段，相应的断口上也显示出疲劳源、疲劳裂纹扩展区与瞬时断裂区的特征
疲劳源位置
多出现在机件表面，常和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连。但若材料内部存在严重冶金缺陷(夹杂、缩孔、伯析、白点等)，也会因局部材料强度降低而在机件内部引发出疲劳源
因疲劳源区裂纹表面受反复挤压，摩擦次数多，疲劳源区比较光亮，而且因加工硬化，该区表面硬度会有所提高
机件疲劳破坏的疲劳源可以是一个，也可以是多个，它与机件的应力状态及过载程度有关。如单向弯曲疲劳仅产生一个源区，双向反复弯曲可出现两个疲劳源。过载程度愈高，名义应力越大，出现疲劳源的数目就越多
若断口中同时存在几个疲劳源，可根据每个疲劳区大小、源区的光亮程度确定各疲劳源产生的先后，源区越光亮，相连的疲劳区越大，就越先产生；反之，产生的就晚
疲劳区
断口较光滑并分布有贝纹线(或海滩花样)，有时还有裂纹扩展台阶
贝纹线——疲劳区的最典型特征
一般认为是因载荷变动引起的，因为机器运转时常有启动、停歇、偶然过载等，均要在裂纹扩展前沿线留下弧状贝纹线痕迹
形貌特点：疲劳区的每组贝纹线好像一簇以疲劳源为圆心的平行弧线，凹侧指向疲劳源，凸侧指向裂纹扩展方向。近疲劳源区贝纹线较细密，表明裂纹扩展较慢；远离疲劳源区贝纹线较稀疏、粗糙，表明此段裂纹扩展较快
影响因素:贝纹区的总范围与过载程度及材料的性质有关。若机件名义应力较高或材料韧性较差，则疲劳区范围较小，贝纹线不明显；反之，低名义应力或高韧性材科，疲劳区范围较大，贝纹线粗且明显。贝纹线的形状则由裂纹前沿线各点的扩展速度、载荷类型、过载程度及应力集中等决定
瞬断区是裂纹失稳扩展形成的区域
在疲劳亚临界扩展阶段，随应力循环增加，裂纹不断增长，当增加到临界尺寸ac时，裂纹尖端的应力场强度因子KI达到材料断裂韧性KIc(Kc)时。裂纹就失稳快速扩展，导致机件瞬时断裂
瞬断区的断口比疲劳区粗糙，宏观特征如同静载，随材料性质而变
脆性材料断口呈结晶状
韧性材料断口，在心部平面应变区呈放射状或人字纹状，边缘平面应力区则有剪切唇区存在
疲劳过程及机理
裂纹萌生、亚稳扩展、失稳扩展三个过程
疲劳寿命Nf＝萌生期N0＋亚稳扩展期Np
金属材料的疲劳过程也是裂纹萌生相扩展的过程
裂纹萌生往往在材料薄弱区或高应力区，通过不均匀滑移、微裂纹形成及长大而完成。
疲劳微裂纹常由不均匀滑移和显微开裂引起。主要方式有：表面滑移带开裂；第二相、夹杂物与基体界面或夹杂物本身开裂；晶界或亚晶界处开裂
提高疲劳强度
滑移带开裂产生裂纹角度
从滑移开裂产生疲劳裂纹形成机理看，只要能提高材料滑移抗力（固溶强化、细晶强化等），均可阻止疲劳裂纹萌生，提高疲劳强度
相界面开裂产生裂纹角度
从第二相或夹杂物可引发疲劳裂纹的机理来看，只要能降低第二相或夹杂物脆性，提高相界面强度，控制第二相或夹杂物的数量、形态、大小和分布、使之“少、圆、小、匀”，均可抑制或延缓疲劳裂纹在第二相或夹杂物附近萌生，提高疲劳强度
晶界开裂产生裂纹
从晶界萌生裂纹来看，凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素，如晶界有低熔点夹杂物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氢及晶粒粗化等，均易产生晶界裂纹、降低疲劳强度；反之，凡使晶界强化、净化和细化晶粒的因素，均能抑制晶界裂纹形成，提高疲劳强度
影响疲劳强度的主要因素
表面状态的影响
应力集中
机件表面缺口因应力集中往往是疲劳策源地，引起疲劳断裂，可用Kf与qf表征缺口应力集中对材料疲劳强度的影响。Kf与qf越大，材料的疲劳强度就降得越低。且这种影响随材料强度的增高，更加显著
表面粗糙度
表面粗糙度越低，材料的疲劳极限越高；表面粗糙度越高，疲劳极限越低。材料强度越高，表面粗糙度对疲劳极限的影响越显著
残余应力
残余压应力提高疲劳强度；残余拉应力降低疲劳强度
残余压应力的影响与外加应力的应力状态有关，不同应力状态，机件表面层的应力梯度不同.弯曲疲劳时,效果比扭转疲劳大；拉压疲劳时，影响较小
残余压应力显著提高有缺口机件的疲劳强度，残余应力可在缺口处集中，能有效地降低缺口根部的拉应力峰值。残余压应力的大小、深度、分布以及是否发生松弛都会影响疲劳强度
表面强化
表面强化可在机件表面产生残余压应力，同时提高强度和硬度
（方法：喷丸、滚压、表面淬火、表面化学热处理）硬度由高到低的顺序：渗氮→渗碳→感应加热淬火；强化层深度由高到低顺序：表面淬火→渗碳→渗氮
材料成分及组织的影响
疲劳强度是对材料组织结构敏感的力学性能。合金成分、显微组织、非金属夹杂物及冶金缺陷
低周疲劳
金属在循环载荷作用下，疲劳寿命为102～105次的疲劳断裂
循环硬化和循环软化现象与位错循环运动有关
在一些退火软金属中，在恒应变幅的循环载荷下，由于位错往复运动和交互作用，产生了阻碍位错继续运动的阻力，从而产生循环硬化
在冷加工后的金属中，充满位错缠结和障碍，这些障碍在循环加载中被破坏；或在一些沉淀强化不稳定的合金中。由于沉淀结构在循环加载中校破坏均可导致循环软化
热疲劳
机件在由温度循环变化时产生的循环热应力及热应变作用下发生的疲劳
热机械疲劳
温度循环和机械应力循环叠加所引起的疲劳
产生热应力的两个条件
温度变化
机械约束
冲击疲劳
冲击次数N>105次时，破坏后具有典型的疲劳断口