高性能彈簧鋼60Si2CrVA和38Si7高周和超高周疲勞破壞行為的研究.pdf

1、高強度鋼的超高周疲勞行為是當前疲勞研究的新熱點。本文主要利用旋轉彎曲疲勞實驗、超聲波疲勞實驗和疲勞裂紋擴展實驗對三種商業(yè)生產的60Si2CrVA彈簧鋼(D-60，H-60，A-60)和兩種高速鐵路彈條用38Si7高強度彈簧鋼(X-38，N-38)進行了疲勞破壞行為方面的研究，重點分析了夾雜物對實驗鋼疲勞性能的影響。
　　 三種60Si2CrVA彈簧鋼(D-60，H-60，A-60)的氧含量盡管相同(均為10 ppm)，但其高周和

2、超高周疲勞性能卻存在顯著的差異；對氧含量基本相同的兩種38S17彈簧鋼(X-38，N-38，分別為6、7 ppm)亦得到同樣的結果。因此，不能單純用氧含量的高低來衡量實驗鋼的高周和超高周疲勞性能。
　　 三種60Si2CrVA彈簧鋼的高周和超高周疲勞實驗結果表明，在低應力幅、高循環(huán)周次(約大于106 cyc)下，實驗料的疲勞裂紋絕大部分起源于試樣內部的粗大氧化物夾雜，由于鋼中夾雜物尺寸的差異，使其高周和超高周疲勞性能存在明顯差異

3、，即隨著夾雜物尺寸的減小，實驗料的疲勞壽命和疲勞強度均逐漸提高。
　　 三種60Si2CrVA彈簧鋼和兩種38Si7彈簧鋼的高周和超高周疲勞實驗結果表明，對于內部夾雜物引起的疲勞破壞，在低應力幅、高循環(huán)周次(約大于106 cyc)下，在夾雜物周圍往往存在粗糙的粒狀區(qū)域(GBF)。隨疲勞斷口裂紋源夾雜物處應力場強度因子△Kin的減小，疲勞壽命Ⅳf增加；而夾雜物周圍GBF邊界處的應力場強度因子AKGBF并不隨Nf變化而變化，基本為一

4、常數(shù)。對A-60料疲勞裂紋擴展速率的分析表明，其△KGBF(平均值為4.6 MPa.m1/2)與疲勞裂紋擴展門檻值(4.3 MPa.m1/22)接近。
　　 對兩種高速鐵路彈條用38Si7彈簧鋼進行了超聲波疲勞實驗，結果表明，夾雜物和基體以相互競爭機制作為疲勞源。當夾雜物比較細小，疲勞裂紋不再從夾雜物處萌生時，組織缺陷就有可能成為疲勞源，使得疲勞起裂于內部基體組織。因此，在控制鋼中夾雜物尺寸的同時，還應同時控制鋼中的組織缺陷，否