45#车轴钢疲劳性能试验研究.pdfVIP

第34卷 ，第4期 中 国 铁 道 科 学 Vo1．34 No．4 2013年 7月 CHINA RAILWAY SCIENCE July，2013 文章编号：1001—4632 (2013)04-0071—06 45#车轴钢疲劳性能试验研究 黄 国，黄海明，王 超，李玮洁 (北京交通大学 工程力学研究所，北京 1O0O44) 摘 要：通过非金属夹杂物检验和室温拉伸试验，在确保材料的冶金质量和力学性能符合标准要求的基础 上 ，进行旋转弯曲疲劳试验和断 口分析，对 45车轴钢的疲劳性能进行研究。结果表明：与光滑试件相比，带 有深度为0．75mIn缺口的试件 ，其疲劳极限应力降低44 ，其s—N曲线左段部分的斜率更大；其缺口敏感系 数为0．79；表面应力集中是导致光滑试件萌生疲劳裂纹的原因；在有缺 口的试件断口截面上存在多个疲劳源区， 裂纹萌生在缺口的前缘，而且主要是由于缺 口处应力集中所致；较大尺寸的非金属夹杂物也是导致车轴钢可能 产生疲劳裂纹的启裂源。 关键词 ：车轴钢 ；性能试验；疲劳极限；s—N曲线；断口分析 中图分类号：U272：U270．331．1 文献标识码：A 车轴是各种车辆中涉及安全的重要运动和承载 示。由图l可以看出：光滑试件中间工作部分直径 部件。车轴材料质量优劣对保证列车的安全运行起 为9．5Film，缺 口试件的根部直径为 9．5mm，缺 着至关重要的作用[】]。由于车轴的不断旋转，对称 口深度为 0．75mm。 循环载荷常引起疲劳失效。为确保车辆的运行安 全，车轴必须具有足够的疲劳安全系数。因此，对 车轴材料的疲劳性能进行试验研究十分必要。许多 研究表明，缺口效应对疲劳寿命的影响很大，不容 (a)光滑试件 忽视[]。已有文献针对 4O 和 5O 车轴钢的疲劳 性能进行了研究_6]，但是研究关于表面缺损或者 缺陷对45车轴钢疲劳性能的影响还很少见报道。 本文针对某生产批次45车轴钢开展非金属夹杂物 检验、室温拉伸试验和旋转弯曲疲劳试验，对发生 (b)缺 口试件 疲劳破坏的试件断口进行扫描电子显微观察和分 图1 旋转弯曲疲劳试件 (单位：mm) 析，深入研究 45车轴钢发生疲劳断裂的原因，便 于进行45车轴钢性能的优化。 1．2 试验 内容 1_2．1 非金属夹杂物检验 1 试件和试验内容 按照标准 GB／T 10561--2005 《钢 中非金属夹 杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》，利用显 1．1 试件 微镜检验法对45车轴钢试件中的非金属夹杂物进 选取45车轴钢为试件原材料，按照标准GB／ 行显微评定，其 目的是检验45车轴钢试件的冶金 T4337--2008 《金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方 质量是否符合标准要求。 法》取样并加工成表面光滑和表面有缺 口试件 2组 1．2．2 室温拉伸试验 各 3O根，光滑试件中除 1根用于室温拉伸试验外， 取其 中 1根试件，按照标准 GB／T228．1— 其余用于旋转弯曲疲劳试验。试件示意图如图1所 2010 《金属材料 拉伸试验第 1部分：室温试验方 收稿 日期：2012—09—20；修订 日期：2013—05—14 基金项 目：国家自然科学基金资助项 目 (1127204