低合金高强度钢中微裂纹对超高周疲劳性能和极低速裂纹扩展的影响



低合金高强度钢中微裂纹对超高周疲劳性能和极低速裂纹扩展的影响

为了减轻零部件的质量与减小零部件的尺寸，高强度钢一直被用于结构零件。但研究表明，在超过107次循环的超高周区间内，高强度钢的疲劳损坏是零部件长期安全与可靠性的主要制约因素。因为存在表面引发和内部引发两种破坏机理，所以常显示复杂的疲劳S-N特性和失效机制，特别是在诸如缺陷尺寸、载荷条件、试样尺寸、表面状况、试验频率、试验环境等因素的影响之下。因此考察高强度钢在超高周区间内的基本疲劳特性，从而评价其与微观组织或微观裂纹有关的S-N特性以及裂纹萌生和扩展行为已经是一个新的焦点，这关系到高强度钢的开发与安全使用。本项研究中使用轴向载荷疲劳试验考察两类低合金高强度钢的超高周疲劳特性。

试验钢种的化学成分为Fe- 0.6C- 2.0Si- 0.9Mn- 0.014P-0.019S。试样在真空中加热到900℃，保温20min，油淬，然后分别在386℃和450℃下回火60min，其显微组织分别为回火马氏体和回火索氏体。疲劳试验在多头疲劳试验机上进行，4个试样在80Hz频率下同时进行试验，应力比恒定为-1。试验结果表明，在旋转弯曲应力下，两种试样的SN曲线是分开的，由表面或内部微缺陷引发的损坏都显示连续下降的S-N曲线。引发材料内部损坏的微缺陷符合微观组织不均匀的特征，而不是夹杂物。根据缺陷周围和裂纹尖端的应力强度评价，在超高周疲劳区间，由微缺陷引发的表面或内部裂纹可能以比10-10m/周还低的速度扩展。预测与试验结果的一致性表明，在超高周疲劳区间，钢的双分S-N特性以及疲劳强度都极大地依存于微观缺陷的尺寸，特别是内部微缺陷的尺寸。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第9期

作者：W.Li et al

编译：张英才