3-973-II--专题培训班-超高周疲劳-20090611幻灯片.ppt

基本考虑： 不可能无限度地细化夹杂物； 从小尺寸缺陷出萌生微裂纹(Ni)→微裂纹亚扩展(NGBF) →裂纹扩展(Np) 疲劳寿命Nf=(Ninc+NGBF)+Np NGBF受组织状态的影响：如何提高？(提高门槛值ΔKth；降低(da/dN)GBF) 【B/M组织】 组织细化【形变热处理；晶粒细化】 在较低的强度水平下，如何提高NP? 【利用TRIP现象】 2000 MPa级弹簧钢： 通过引入合适(细小、均匀)的B/M组织而提高门槛值ΔKth和降低(da/dN)P，从而能够延长疲劳寿命(107 cyc下，提高一个数量级)，但疲劳强度(109 cyc)差异不明显。 粗大、不均匀的软相B反而恶化钢的疲劳性能。 高温形变热处理的效果 疲劳性能 通常疲劳寿命可提高3~10倍 疲劳极限可提高30%以上 SUP11A(60MnCrB) 形变温度800--900℃ 形变量30-40% 回火温度480℃,1hr HRC42-44 形变后组织明显细化 形变热处理工艺如控制不当，生产较多铁素体反而恶化钢的疲劳性能 Rm=1150MPa,Rp0.2=923MPa A=22.0%, Z=56.3% 理想基体组织 细小—基体组织单元尺寸 均匀--分布均匀，无异常粗大相 适量的韧性相—AR,TRIP现象的活用 非调质钢(锻态)的疲劳性能达到调质钢的水平 微合金化元素碳氮化物的析出强化使得含V钢疲劳性能得到显著提高 1500MPa级长寿命原型材料—ADF系列螺栓钢 13.9级高强度螺栓工业批量化应用 依维柯汽车发动机悬挂等螺栓，工业应用近10万辆； 日本铃木发动机高强度螺栓，已定型采用。 军工：13.9/14.9级高强度螺栓 某重点型号定型采用(已列入设计图纸)； 重点型号--正在跑车(14.9级)； 重点型号--正在考核(13.9级)。 2000MPa级长寿命原型材料—NHS系列弹簧钢 NHS2钢制长寿命高应力少片簧已通过安徽省科技厅验收(2009.1)，并批量应用[依维柯、江淮汽车] 应力从900MPa级提高到1100MPa级，同时寿命从5万次提高到20万次以上【同时提高】。 NHS1钢已完成试制，正在进行工业应用研究验证 铁路弹条用长寿命弹簧钢—38Si7钢 已通过鉴定(2008.12) 应用于京津、武广客运专线 应用量2000多吨[福斯罗扣件(中国)公司] NHS1－旋弯疲劳 NHS1－超高周疲劳 谢谢大家 * * * 基体组织引起疲劳断裂 N-38Si7: σ-1p/Rm=0.42 法国Cr-V/Si-Cr弹簧钢: σ-1p/Rm=0.42 组织控制对疲劳断裂行为的影响 组织控制—B/M复相组织 4.1 3.7 3.6 论文： Fatigue?and?Fracture?of?Engng?Mater?and?Struct, 2009, in press 组织控制—B/M复相组织 航空质量超高强度钢(4340)： 高周疲劳：夹杂物尺寸足够小时，合适B/M组织的疲劳性能得到改善 疲劳强度和寿命有所提高； 疲劳强度比明显提高。 0.456 875 1920 0 13 M 0.460 800 1740 10(内部基体) 15 B/M2 1835 1800 Rm MPa 0.480 880 1(5.5μm) 13 M-F 885 σ-1 MPa 0.492 5(内部基体) 13 B/M1 σ-1/Rm 夹杂物起裂 断口 总数 高周疲劳：1) 基本未见夹杂物引起的断裂；2) (da/dN)FE: B/M1小于M 1820 1775 Rm MPa 0.335 610 6 15 M 662 σ-1p MPa 0.373 6 +2(内部基体) 14 B/M1 σ-1p/Rm 夹杂物 起裂 断口 总数 组织控制—B/M复相组织 航空质量超高强度钢(4340)： 超高周疲劳：合适B/M组织的疲劳性能得到改善 疲劳强度、寿命和疲劳强度比明显提高； 与旋弯高周疲劳相比，有一定比例试样起源于夹杂物； 夹杂物平均尺寸9.5μm(电炉+电渣重熔)。 疲劳源： MHV510(M); MHV452(B); MHV348(B/M boundary) 其它正常部位： MHV522(M); MHV490(B); MHV485(B/M boundary) 组织控制—B/M复相组织 疲劳源研磨并腐蚀后金相组织 大森宫次郎. 热处理, 2000, 30(2):99-103 0.420 890 2130 夹杂物5+内部基体2 14 35%形变 35%AF 2095 2105 Rm MPa 40%形变 淬火回火 工 艺 0.470 975 夹杂物3+内部基体2 8 40%AF 950 σ-1p MPa 0.450 夹杂物3+内部基体3 11 QT σ-1p/Rm 疲劳断口起裂 断