40Cr钢和50车轴钢超高周疲劳性能研究及疲劳断裂机理探讨.pdf

第 2 7卷 , 第 5期 中 国 铁 道 科 学 Vo l 27 No 5 2 0 0 6 年 9 月 CH INA RAILWAY SCIEN CE September, 2006 文章编号: 1001- 4632 ( 2006) 05- 0136- 03 博士论文摘要 40 Cr 钢和 50 车轴钢超高周疲劳性能研究及 疲劳断裂机理探讨 王 弘, 高 庆 ( 博导) ( 西南交通大学 应用力学与工程系, 四川 成都 610031) 关键词: 车轴钢; 超声疲劳试验; 疲劳性能; 疲劳断裂 中图分类号: T G113 255 文献标识码: A 在对称拉压超声疲劳试验装置基础上, 开发研 钢和 50 车轴 钢疲 ???性能 的影 响呈 现 阶段 性特 制非对称拉压超声疲劳试验装置和三点弯曲超声疲 征, 疲劳缺口系数 随疲劳循环周次的变化在 107 劳试验装置。采用超声疲劳试验方法, 结合扫描电 循环周次附近存在 1 个临界循环周次 N c ( 或临界 镜断口微观分析, 对 40 Cr 钢和 50 车轴钢光滑试 范围) , 对应 1 个最大的疲劳缺口系数; 当疲劳循 样和缺口试样, 在超高周疲劳范围内的疲劳性能和 环断裂周次 N f N c 时, 疲劳缺口系数随循环周次 疲劳断裂机制进行研究, 主要研究成果如下。 的增加呈上升趋势; 当 N f N c 时, 疲劳缺口系数 对 40 Cr 钢和 50 车轴钢光滑试样和缺口试样 随循环周次的增加呈下降趋势。分析表明, 缺口应 5 10 在 10 ~ 10 循环周次范围内的 S N 曲线 测定结 力集中对疲劳性能的影响呈现出的这种 阶段性特 果显示: 调质热处理的 40 Cr 钢在 S N 曲线呈现 征 与 2 种疲劳裂纹萌生机制的转换有关。 7 连续下降型 特征, 在 10 循环周次附近不存在 对超声疲劳试验结果与常规旋转弯曲疲劳试验 传统概念上的水平平台, 在 107 循环周次以后, 试 结果的比较分析显示, 超声疲劳载荷频率对 40 Cr 样仍然发生疲劳断裂; 正火热处理的 50 车轴钢的 钢和 50 车轴钢的疲劳性能有影响, 超声高频载荷 S N 曲线呈现 阶梯下 降型 特征, 且在 106 ~ 使材料疲劳性能提高。可以用 1 个加载频率修正系 108 周次范围内出现一段水平平台, 表明在平台对 数修正超声高频疲劳试验结果与常规疲劳试验结果 应的应力幅以下超高周疲劳范围内, 50 车 轴钢试 之间的差异, 且加载频率修正系数可通过不同应变 样仍然会发生疲劳断裂。试样断口显微分析显示: 速率下材料断裂强度的比值近似确定。 在 107 周次以下的疲劳断裂, 疲劳裂纹在试样表面 综合试验研究结果, 可以认为疲劳裂纹内部萌 萌生; 而在 107