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低合金高強(qiáng)度鋼中微裂紋對(duì)超高周疲勞性能和極低速裂紋擴(kuò)展的影響

為了減輕零部件的質(zhì)量與減小零部件的尺寸，高強(qiáng)度鋼一直被用于結(jié)構(gòu)零件。但研究表明，在超過107次循環(huán)的超高周區(qū)間內(nèi)，高強(qiáng)度鋼的疲勞損壞是零部件長(zhǎng)期安全與可靠性的主要制約因素。因?yàn)榇嬖诒砻嬉l(fā)和內(nèi)部引發(fā)兩種破壞機(jī)理，所以常顯示復(fù)雜的疲勞S-N特性和失效機(jī)制，特別是在諸如缺陷尺寸、載荷條件、試樣尺寸、表面狀況、試驗(yàn)頻率、試驗(yàn)環(huán)境等因素的影響之下。因此考察高強(qiáng)度鋼在超高周區(qū)間內(nèi)的基本疲勞特性，從而評(píng)價(jià)其與微觀組織或微觀裂紋有關(guān)的S-N特性以及裂紋萌生和擴(kuò)展行為已經(jīng)是一個(gè)新的焦點(diǎn)，這關(guān)系到高強(qiáng)度鋼的開發(fā)與安全使用。本項(xiàng)研究中使用軸向載荷疲勞試驗(yàn)考察兩類低合金高強(qiáng)度鋼的超高周疲勞特性。

試驗(yàn)鋼種的化學(xué)成分為Fe- 0.6C- 2.0Si- 0.9Mn- 0.014P-0.019S。試樣在真空中加熱到900℃，保溫20min，油淬，然后分別在386℃和450℃下回火60min，其顯微組織分別為回火馬氏體和回火索氏體。疲勞試驗(yàn)在多頭疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，4個(gè)試樣在80Hz頻率下同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)力比恒定為-1。試驗(yàn)結(jié)果表明，在旋轉(zhuǎn)彎曲應(yīng)力下，兩種試樣的SN曲線是分開的，由表面或內(nèi)部微缺陷引發(fā)的損壞都顯示連續(xù)下降的S-N曲線。引發(fā)材料內(nèi)部損壞的微缺陷符合微觀組織不均勻的特征，而不是夾雜物。根據(jù)缺陷周圍和裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)價(jià)，在超高周疲勞區(qū)間，由微缺陷引發(fā)的表面或內(nèi)部裂紋可能以比10-10m/周還低的速度擴(kuò)展。預(yù)測(cè)與試驗(yàn)結(jié)果的一致性表明，在超高周疲勞區(qū)間，鋼的雙分S-N特性以及疲勞強(qiáng)度都極大地依存于微觀缺陷的尺寸，特別是內(nèi)部微缺陷的尺寸。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第9期

作者：W.Li et al

編譯：張英才