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强度衰减参数之间的定量关系,为两个钢抗拉强度:符合美国钢铁协会的4340和435单片机

段QQ1,2庞,JC1*P,张1,李SX1、张ZF1*

1沈阳材料科学国家实验室、中国科学院金属研究所,沈阳110016,p . r .中国

2中国科学院大学19玉泉路,北京100049,中国

*通讯作者:
彭日成JC
沈阳材料科学国家实验室
中国科学院金属研究所
中国沈阳110016,p . r .
电话:+ 862483978226
电子邮件:jcpang@imr.ac.cn
张ZF
沈阳材料科学国家实验室
中国科学院金属研究所
中国沈阳110016,p . r .
电话:+ 862483978226
电子邮件:zhfzhang@imr.ac.cn

收到的日期:08年12月,2017;接受日期:2017年12月27日;发布日期:2018年1月9日

版权:©2018段QQ等。这是一个开放的文章下分布式知识共享归属许可条款,允许无限制的使用、分配、和繁殖在任何媒介,被认为提供了原作者和来源。

DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000207

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文摘

符合美国钢铁协会的4340 s (n曲线和单片机435钢决定根据资历和系统地调查Basquin关系。参数的变化(疲劳强度系数和指数)的s (n曲线增加抗拉强度进行了分析和总结。钢的相同类型的s (n曲线,随着抗拉强度增加,其疲劳强度系数线性增加,疲劳强度指数几乎保持不变,然后线性降低。此外,SN的疲劳机制控制参数曲线和抗拉强度提高进行了讨论。简要解释,疲劳强度系数可以提高通过加强机制,与抗拉强度和疲劳强度指数的变化可能是影响疲劳裂纹起始位点的变化,钢的微观结构和疲劳形貌被不同的热处理。通过适当调整疲劳强度系数和疲劳强度指数的疲劳强度可以提高钢的选择和制备。

关键字

钢,强度衰减参数、抗拉强度、疲劳机制

介绍

疲劳曲线,名叫强度衰减,是定义为回归应力范围,提高疲劳寿命。高/高周疲劳强度衰减主要参考确定疲劳强度和设计准则。在1800年代中期,疲劳故障明显增加,因为工业革命,强度衰减最初由W维勒,因此,为了纪念他,强度衰减也被称为W维曲线自1936年(1,2]。顺便说一句,他的实验结果以表的形式表达,只有他的继任者Spangenberg绘制曲线的不寻常的形式的线性横坐标和纵坐标(2]。直到1910年Basquin代表他们对数形式的纵坐标和横坐标,发现这样的简单的线性公式

图像(1)

在那里,σ一个应力幅值,图像疲劳强度系数,Nf的周期数失败,2 nf是reservals失败的数量,b是重对数坐标图上的疲劳强度指数也命名为Basquin指数。Eqn。(1)可以写成一个指数格式:

图像(2)

这是著名的Basquin关系,即使在今天仍然广泛使用,这表明它是非常重要的选择一个合适的方法处理数据。它指出,有一些疲劳参数之间的关系(疲劳强度系数和指数)的s (n曲线和力学性能(3- - - - - -5]。例如,疲劳强度系数,改进所需的真实应力在一个逆转导致骨折,等于压力选择拦截2 nf = 1,抗拉强度和断裂强度。然而,有许多不同的辩论:σf之间的差异,有时σb很小(3];选择一个好的近似,它对于大多数材料(5- - - - - -7=]。疲劳强度指数b被定义为能力,必须提高生活逆转成正比压力振幅和对数的斜率作为纵坐标和横坐标。此外,不同参考文献报道值范围等b -0.125 ~ -0.2 (8),-0.05 ~ -0.12 (5,9),-0.05 ~ -0.2 (3和-0.05 ~ -0.156]。明天et al。10)提出了一种b和循环应变硬化指数n之间的定量关系(表1)如下

表1。摘要疲劳强度系数和指数。

图像

图像(3)

从代表数据为不同类型的钢与n ' < 0.2, Ellyin [6eqn)检测。(3)无法预测哦,不过,Landgraf [7发现eqn。(3)能适应一般实验的趋势。总之,分析的结果疲劳上述曲线表明,那些现有功能预测疲劳曲线是现象学描述与材料性质有关。

近年来,高疲劳(> 107钢的周期,VHCF)行为出现许多研究者的极大兴趣。发现许多因素如夹杂物大小(11- - - - - -13),样品表面处理(14- - - - - -18),实验环境(16,19- - - - - -21)和加载类型(14,22)等可以改变强度衰减的形状,因此改变的值图像和b。尤其是Akiniwa et al。23),Chapetti et al。24),梅耶尔et al。25和刘et al。26开发一些新的定量表达式图像VHCF政权和b所示表1和相应的Basquin关系分别如下:

图像(4)

图像(5)

图像(6)

图像(7)

在这里,图像是内部夹杂物面积的平方根垂直于外加应力轴(μm),高压是维氏硬度(kgfmm吗2);米一个(14.2,JIS SUJ2 [23]), C一个(3.44 x 10-21年,JIS SUJ2 [23]), C (6.47 x 1098年100 cr6[25])和n (28.82, 100 cr6 [25])材料常量。

结果表明,从方程式。(4)-(7)和表1,最疲劳的str蒜皮系数f icients图像有r关系与夹杂物的尺寸吗图像和两个系数方程式。(5)和(7)也与高压的关系;只有一个在eqn疲劳强度指数b。(7)与夹杂物的大小有关系图像和高压,其他指数是常数。出现这两个问题的极大关注:1)同样的材料几乎相同大小的包容和广泛的抗拉强度,到底是s (n的抗拉强度和参数之间的关系曲线(图像和b) ?2)什么是疲劳机制决定图像和b吗?找到他们,两个典型的高强度钢等广泛的抗拉强度符合美国钢铁协会的4340钢(抗拉强度范围从1300 MP - 2400 MPa)推拉负荷和单片机435钢(抗拉强度990 MPa范围从1900 MPa)在旋转弯曲载荷下选择调查)的参数曲线。

强度衰减的分类和定义

s (n曲线的参数可以通过方程式。(1)或(2)。比较和分析,有必要协调,定义金属材料的强度衰减。根据形状,钢的疲劳曲线可以分成三个类型示意图所示图1:我)连续递减类型,可分为线性(图1)或两级线性曲线(图1 b);2)疲劳极限类型(图1 c),这将显示一个水平渐近的倾向;3)步进式(27,28)(双工(29日,30.])类型(图1 d),这将显示两个膝盖点。大多数金属材料的s (n曲线可以显示类型I或II。对钢铁产量最高的和最广泛的使用在金属材料中,这三种类型的我31日- - - - - -34),二世(1,8,11,15和第三27- - - - - -30.可以存在。

material-sciences-decreasing

图1:示意图)曲线的类型:(a)和(b)持续下降;(c)疲劳极限;(d)双曲线。

现有的结果表明,s (n曲线的形状与周期失败,类型的材料,甚至测试样品的数量和范围的应力幅值。众所周知,有一些标准的疲劳测试的实验计划,如ISO 12107 - 2003。然而,不同的调查人员选择不同周期终止疲劳测试,不同数量的测试样品和压力振幅的水平。例如,107,1085 x 108,109,甚至1010可以选择终止循环。疲劳强度衰减有五个数据,然而,另一个拥有超过100年的数据。同样的强度衰减可能被一些人认为连续递减类型,然而作为双曲线。一些资料显示连续递减类型在108周期超过10但也许显示疲劳极限类型10周期。规范化和简单的比较,有必要定义测试参数影响强度衰减的形状。

在这篇文章中,终止周期是相同的(VHCF: 109周期);在每一组中,测试样品的总数几乎是相同的(不少于20年或10);应力幅水平的数量几乎相同(不少于5个);最大应力幅值不是很高(不超过疲劳强度的1.5 ~ 2倍)。强度衰减可以安装作为一个非零的斜率,大多数数据分布在一定的误差范围内(图1),这是一种典型的不断减少;强度衰减模型之外,在其下方,可以安装另一个线斜率非零,这也是一个连续递减类型(图1 b)。强度衰减模型在其下方,似乎是一个水平渐近,可以安装线的斜率接近零,这被定义为疲劳极限类型(图1 c)。强度衰减的一些地区可以配合两行斜坡非零,第三线的斜率接近零,这被定义为双曲线(或步进式曲线)(图1 d)

被选出的两个典型钢求出s (n曲线的类型和研究之间的关系类型和相应的疲劳机制

s (n曲线分析钢强度范围宽

AISI 4340钢的推拉荷载作用下强度范围广:AISI4340钢抗拉强度非常广泛,一个优秀的调质低合金钢(14,17,35- - - - - -41),被选为研究s (n曲线和抗拉强度之间的关系。当前符合美国钢铁协会的4340的成分(42]。获得更广泛的力量,六个热处理过程:加热到850°C的10分钟和淬火油,没有脾气,缓和在180°C, 250°C和350°C 120分钟在420°C,分别为30分钟500°C,雇佣和标本被定义为,B, C, D, E和F,相应。样品的主要组织是针,或推出餐盘状马氏体;样品的罪犯是回火马氏体;这些样品E和F回火屈氏体,这是详细所示(42]。样品的抗拉强度f中列出表2。s (n特性被广泛使用的分析方法Basquin关系如下:

表2。数据符合美国钢铁协会的4340钢和Basquin关系的参数非常高的疲劳s (n曲线。

图像

图2表明VHCF s (n曲线符合美国钢铁协会的4340被不同的回火过程被eqn好安装。(2)及其表达式

material-sciences-tempering

图2:Basquin关系拟合VHCF s (n曲线符合美国钢铁协会的4340钢在不同回火温度下处理。(一)无节制的;(b) 180°C;(c) 250°c;(d) 350°C;(e) 420°C;(f) 500°C。在(b) - (f)(数据收集的ref。[42])

图像(8)

图像(9)

图像(10)

图像(11)

图像(12)

图像(13)

所示图2、疲劳数据样本没有回火是15%的误差范围内;然而,其他人则在5%的误差范围内。这表明Basquin关系可以表达的VHCF s (n曲线符合美国钢铁协会的4340钢在不同温度回火和s (n曲线显示减少类型、步进式或复式报道(29日,30.,43,44不存在。村上et al。45,46使用JIS-SCM435]进行推拉测试和JIS-SUJ2也发现了相同的结果。符合美国钢铁协会的4340的原因可能是,夹杂物的平均直径,哪个样品f是27日,28日,27日,32岁和41μm分别大于20μm [11]。

方程式。(8)-(13)被绘制在一起图3和相应的方程的分析数据列在表2,可以看出,样本的疲劳强度指数b C F几乎相等和s (n曲线几乎是平行的。10他们的疲劳强度9周期增加与增加缓解缓解疲劳str蒜皮系数f icients图像然而,对于样品A和B,疲劳强度系数图像较高的疲劳强度指数低于前者吗(图3),所以样品的应力幅值高于样本B在低周期,成为扭转趋势在高周期。是指出,样品F C,疲劳的优点在109周期增加,然后开始减少样品B和A,转折点出现在示例C的最大疲劳强度。

material-sciences-expressed

图3:六VHCF s (n曲线表达了Basquin AISI 4340钢样品的关系。

图4显示)的分析结果之间的关系曲线和抗拉强度。在图4一,真正的抗拉强度图像增加,疲劳强度(FS)系数图像在VHCF负载的增加线性关系可以安装如下:

图像(14)

15%的误差范围内的数据,这表明疲劳强度系数和真正的抗拉强度之间的关系是线性的,这不同于[提到的关系5- - - - - -7]图像。这也是中发现图4 b有一个真正的抗拉强度和抗拉强度之间的线性关系,即。

图像(15)

这些数据是在5%的误差范围内。

结合eqn。(14)和eqn。(15),它可以推断疲劳强度系数之间的关系图像和抗拉强度应该是线性的,表示图4 c可以安装的关系如下:

图像(16)

material-sciences-fatigue

图4:符合美国钢铁协会的4340钢的强度衰减分析Basquin关系:(a)真正的抗拉强度和疲劳强度(FS)系数;(b)的抗拉强度和真正的抗拉强度;(c)抗拉强度和疲劳强度(FS)系数;(d)抗拉强度和Basquin指数。

误差范围在10%,这说明了线性关系可以表达疲劳强度系数和抗拉强度之间的关系图像。线性关系比这更准确的报道(3]图像。疲劳强度系数图像中列出的表1,它可以知道特定的钢铁,夹杂物的大小可以被视为一个常数,因此,疲劳强度系数图像在方程式。(4)和(6)是常数,这显然不符合eqn。(16)。但是,疲劳强度系数方程式。(5)和(7)与高压,系数分别

图像(17)

图像(18)

我们选择的平均包含大小26μm在疲劳的起源(目前符合美国钢铁协会的4340 f的标本,包含大小观察到疲劳的起源是能力μm)和高压硬度和抗拉强度之间的关系图像(47),命令。(17)和(18)可以写入相应:

图像(19)

图像(20)

使用软件的起源、强度从1200 MPa 3000 MPa, eqn。(20)大约可以重写为线性关系

图像(21)

eqn的变化趋势。(16)与方程式相似。(19)和(21);然而,方程式的计算结果。(19)和(21)与通过eqn明显不同。(16),因为山坡和拦截的明显差异。其原因可能是命令。(19)和(20)的影响主要集中在包容和不涉及抗拉强度的变化在更广泛的范围。然而,命令。(16)、(19)和(21)确认事实疲劳强度系数和抗拉强度之间的线性关系存在。

所示图4 d,VHCF载荷下的疲劳强度指数b几乎保持恒定(-0.0067)与抗拉强度增加,然而,当抗拉强度比~ 1800 MPa,疲劳强度指数开始减少以线性方式。可以写成的关系

图像(22)

大多数疲劳数据图4 d在20%的误差范围。事实上,当抗拉强度小于1800 MPa,疲劳强度指数和抗拉强度之间的关系可以安装为一条直线

图像(23)

但值得注意的是,当力量范围从1200到1800 MPa斜率(-3.72 x 106在eqn)。(23)是如此之小,eqn的值。(23)(-0.0056 - -0.0078)所示的20%的误差范围内图4 d因此,它可以被认为是大约一个常数(-0.0067)。

此外,疲劳强度指数在eqn b。(7)

图像(24)

用平均包含大小26μm疲劳的起源和高压硬度和抗拉强度之间的关系上面所提到的,eqn。(24)成为

图像(25)

强度从1200 MPa 2400 MPa, eqn。(25)大约可以重写为线性关系

图像(26)

在eqn b的值。(22)也更比方程式。(25)和(26)。这可能是因为强度衰减在VHCF政权变得逐渐变化,见示意图图1 c。但值得注意的是,斜率(-4.17 x 106在eqn)。(26)太小,eqn的值。(26)是-0.023到-0.028时强度1200 MPa 2400 MPa,因此它可以被认为是大约为一个常数(-0.026)。

当σb < 1800 MPa,疲劳强度指数b几乎保持不变和疲劳强度系数随抗拉强度增加,疲劳强度与抗拉强度增加;当σb≥1800 MPa,疲劳强度系数σf大幅增加,然而疲劳强度指数b随抗拉强度增加(图4 d)导致疲劳强度的降低。因此,疲劳强度最大可能存在一个适当的抗拉强度。此外,高循环疲劳强度的样品在10 B, F9周期可以通过方程式计算。(8)- (13)。它可以得出结论表2Basquin之间的错误计算疲劳强度的关系和阶梯法得到的实验值低于2%,这是相当令人满意的疲劳测试。样品与样品B-F相比,疲劳数据过于分散,通过阶梯法获得疲劳强度。

综上所述,可以得出结论,有一些参数之间的定量关系强度衰减(疲劳强度系数图像指数b)和抗拉强度(表1)。通过使用这些参数s (n曲线和疲劳强度的变化趋势可以预测(表2)

SCM 435钢强度范围宽旋转弯曲载荷作用下:对AISI 4340钢,s (n的关系特性曲线和抗拉强度与各种推拉荷载作用下进行了讨论。有必要研究这些旋转弯曲载荷作用下的关系,尤其是步进式或双s (n型曲线(29日,30.,43,44在这种情况下)经常出现。然而,这是非常罕见的疲劳数据为一个特定的钢具有广泛的抗拉强度,幸运的是,疲劳数据5个不同强度的钢材SCM435调质水平被发现(48]。五个热处理过程:加热到855°C的30分钟和淬火油,没有脾气,回火在160°C, 300°C, 500°C和600°C 60分钟被标本被定义为,B, C, D和E,分别。样品a e的抗拉强度是1898、1785、1734、1303和991 MPa。SCM 435钢的强度衰减特性研究了Basquin关系如下:

435年SCM的VHCF s (n曲线不同处理钢回火过程被eqn安装。(2)所示图5。拟合方程可以写成

图像(27)

图像(28)

图像(29)

图像(30)

图像(31)

material-sciences-collected

图5:Basquin s (n的关系拟合曲线的SCM 435钢不同回火温度。(一)无节制的;(b) 160°C;(c) 300°c;(d) 500°C;(e) 600°C;(f)总结图5 s (n曲线。(数据(a) - (e)收集的ref。[48])

图5 a-5e,发现疲劳数据的样本都是在15%的误差范围内。这其中牵扯到的Basquin关系可以描述s (n曲线的SCM 435钢在不同温度、回火和s (n曲线也显示连续递减类型,类似于AISI 4340钢,步进式或复式报道(29日,30.,43,44也没有找到。然而,A和B s (n曲线样本视为复式(48),这是因为压力振幅水平的数量(48A和B)为样本比,在目前的治疗。

方程式。(27)-(31)被绘制在一起图5 f,可以发现,样本的疲劳强度指数b b E几乎是等于和s (n曲线几乎是平行的,其疲劳强度109周期与σf增加疲劳强度系数增加。然而,对于样品A和B,疲劳强度系数提高,疲劳强度指数低于前者(图5),因此样品的应力幅值高于样品B在低周期,他们的压力振幅几乎相等,甚至前趋势成为扭转更多更高的周期。是指出样本E B,据估计疲劳的优点在109周期增加,然后开始减少样本,这表明存在一个最大的疲劳强度。

图6 a和6 b显示的参数s (n曲线取决于拉伸优势。疲劳强度(FS)系数图像VHCF负荷下几乎线性增加抗拉强度增加和他们的关系可以表示为下图:

图像(32)

material-sciences-tensile

图6:强度衰减分析SCM 435钢Basquin关系:(a)疲劳强度系数和抗拉强度(b) Basquin指数和抗拉强度。

图6,看到10%的误差范围内的数据,这表明疲劳强度系数和抗拉强度之间的关系是线性的。Eqn。(32)与eqn相似。(16)的形式。这其中牵扯到的人,如果广泛的钢抗拉强度具有相同类型的连续降低s (n曲线,疲劳强度系数图像和抗拉强度将显示一个线性关系。

图6 b显示了疲劳强度指数b和抗拉强度之间的关系。疲劳强度指数几乎保持不变(-0.034)为抗拉强度增加;~ 1800 MPa以上抗拉强度时,疲劳强度指数开始减少以线性方式。可以写成的关系

图像(33)

图6 b,看到所有的疲劳强度指数都在5%的误差范围内。事实上,当抗拉强度小于1800 MPa,疲劳强度指数和抗拉强度之间的关系也可以安装线

图像(34)

但值得注意的是,当力量范围从1200 MPa 1800 MPa斜率(1.27 x 106在eqn)。(34)是如此之小,eqn的值。(34)(-0.0345 - -0.0337)在2%的误差范围内,因此,它可以被认为是大约为一个常数(-0.034)。

当终止周期等于109安妮,疲劳强度的样本计算方程式。(27)-(31)是737 MPa, 743 MPa, 691 MPa,分别为621 MPa和420 MPa。显然,样本的疲劳强度计算汉英轻微小于估计图5 c-5e。这表明获取更精确的疲劳强度需要更多足够的破碎和暂停疲劳样品VHCF政权。应该注意的是,在图2和图5有一些选定的数据没有严格(暂停样本),因为有限的样本。

一句话,就可以发现,还有一些量化参数(σ疲劳强度系数之间的关系f强度衰减指数)和抗拉强度。通过使用这些参数,s (n的变化趋势曲线和疲劳强度。

摘要强度衰减特性和抗拉强度之间的关系以及它们在材料设计中的应用

强度衰减特性和抗拉强度之间的关系符合美国钢铁协会的4340钢和单片机435钢铁研究和一些结果可以概括如下:

1)符合美国钢铁协会的4340钢的疲劳强度系数和单片机435钢几乎增加线性拉伸强度增加和方程式。(16)、(19)、(21)和(26)即可以统一为形式。

图像(35)

在那里,α和β是常数与材料有关。

2)对AISI 4340钢和单片机435钢,如果抗拉强度低于特定的抗拉强度图像(说~ 1800 MPa),疲劳强度指数几乎保持为一个常数C(-0.0067或-0.034),抗拉强度增加;是否超过抗拉强度图像疲劳强度指数线性降低,抗拉强度增加,命令。(22)和(33)一般形式可以写成:

图像(36)

在那里,φ和ψ是常数与材料有关。

但值得注意的是,所有s (n曲线符合美国钢铁协会的4340和435单片机的连续递减类型(图2和图5)。它可以推断,如果s (n曲线的类型是不一样的,命令。(35)和(36)可能不一定合适。

通过分析疲劳强度指数和系数和相关疲劳数据前面所提到的,我们可以发现三种可能的方法来提高疲劳强度所示图7:(1)疲劳强度系数保持不变和疲劳强度指数b增加(图7强度衰减1)。在这种情况下,疲劳强度指数越高,更高的疲劳强度。(2)疲劳强度指数b保持常数和疲劳强度系数一个ƒ¯‚害怕一个‚½一个ƒ¯‚害怕一个‚½′增加(图7强度衰减2)。在这种情况下,更高的疲劳强度系数,较高的疲劳强度;(3)疲劳强度系数图像和疲劳强度指数b增加(图7强度衰减3)。提高金属材料的疲劳强度,通过修改这些参数将在未来。

影响s (n曲线参数的机制与抗拉强度有关

在上面的部分,一般参数s (n曲线和抗拉强度之间的关系进行了总结。下的机制奠定了本节研究的关系。

一个完美的材料加载下疲劳强度系数的振幅(σf)将暂停109次,也就是说,s (n线和曲线应该是一个水平图像可以命名为一个理想的疲劳强度(图7)。然而,一个真正的材料在交变载荷将产生一些当地的损害赔偿由于各种缺陷(点缺陷、混乱、边界、包容等等),这使得强度衰减不是水平但不同类型示意图所示图1和图7。因此,疲劳强度指数b可以命名为疲劳损伤指数。结合之前的结果,控制疲劳强度指数与抗拉强度的机制讨论如下。

material-sciences-illustration

图7:示意图说明提高疲劳强度(FS)通过调节疲劳强度系数和疲劳强度指数。

疲劳强度系数和抗拉强度之间的关系

从eqn Basquin关系。(2),一个可以看到疲劳强度系数应该等于真正的压力要求导致骨折一个逆转周期,即理想的疲劳强度。事实上,真实材料的疲劳试验结果可以受到很多因素诸如加载模式,加载频率、数量的测试样本,应力幅范围等等。所以疲劳强度系数几乎不可能等于真正的断裂应力,但它应该与强化机制如沉淀强化等,确定应力幅值维持在一个逆转。总之,很明显,疲劳强度系数和抗拉强度退出一个线性关系。

疲劳强度指数和抗拉强度之间的关系

正如上面提到的,疲劳强度指数b代表疲劳损伤程度在循环荷载的过程中。非常高的疲劳,一个非常大的一部分生活在裂纹萌生,因此,b将有一个明显的与疲劳裂纹萌生。对于疲劳裂纹起源,有一些典型案例如表面划痕(图8)和内心的包容(图8 b)。细粒度的光明面(GBF) [18,30.包容可以观察到在周围地区图8 b然而,没有GBF区域可以观察到图8因为表面的裂纹萌生。所示图9抗拉强度时,对AISI 4340钢,范围从1200到2000 MPa,内在的比率破解网站(RICS故障样本的数量的比例来自内部包含站点故障样本总数)逐渐增加抗拉强度增加,和疲劳裂缝出现表面和内部样品C F,这意味着这是一个主要的疲劳机制抗拉强度范围内,相应地,疲劳强度指数b几乎保持不变;抗拉强度超过2000 MPa时,所有的疲劳裂纹起源于内心的夹杂物,因此内部开裂站点的比率对于样品A和B是100%,这表明疲劳机制在抗拉强度范围的变化,与此同时,疲劳强度指数开始直线下降。

material-sciences-cycles

图8:两个疲劳裂纹起源AISI 4340钢的疲劳样品:(a)表面(示例F回火500°C,σ一个= 600 MPa, Nf= 5.31 x 105周期);(b)内包含(示例C回火250°C,σ一个= 660 MPa, Nf= 4.43 x 106周期)。

material-sciences-exponent

图9:之间的关系比疲劳裂纹起始站点和钢的疲劳强度指数与抗拉强度增加:(一)符合美国钢铁协会的4340;435 (b) SCM。

SCM 435钢,可以观察到类似的结果。时抗拉强度的范围从900到1700 MPa,表面开裂的比率网站(rsc,故障样本的数量的比例来自表面网站故障样本总数)= 100%,也就是说,所有的疲劳裂纹起源于表面,这意味着疲劳机制是一样的在这个抗拉强度范围内,相应地,疲劳强度指数b几乎保持不变;当抗拉强度超过1700 MPa, rsc的样本是64%,这表明疲劳机制的变化,与此同时,疲劳强度指数开始减少线性所示图9 b

总之,疲劳裂纹站点的改变导致了疲劳强度指数的变化趋势。此外,还有一些AISI 4340钢的显微组织和断口组织的变化在不同温度回火。相应的机制大致可以解释如下:

无节制的样本之间的模糊的分界线裂纹扩展区和最后断裂区和平板裂缝表面(图10);样品氟回火在180,250 350,420和500°C有明显的分界线,增长山脊(图10 b-10f),特别是示例C显示了一些常规扇形区域所示图10 c。这其中牵扯到的塑料变形能力是不同的。也许这样品完全马氏体微观结构的原因有很多缺陷如过饱和碳原子间隙、高密度位错(49,50)、亚晶粒边界和塑性变形的能力非常弱,抗拉强度非常高;在这种情况下,疲劳敏感缺陷要高得多(42)和疲劳损伤程度在疲劳裂纹萌生的原因变得很高,因此试样疲劳强度指数最低(图9)

material-sciences-morphologies

图10:疲劳的宏观形态样本在不同回火温度对AISI 4340钢的加工:(a)无节制的(σ一个= 680 MPa, Nf= 4.34 x 107周期);(b) 180°C(σ一个= 750 MPa, Nf= 2.05 x 107周期);(c) 250°c(σ一个= 660 MPa, Nf= 4.43 x 106周期);(d) 350°C(σ一个= 650 MPa, Nf = 4.72 x 106周期);(e) 420°C(σ一个= 640 MPa, Nf= 4。23 x 106周期);(f) 500°C(σ一个= 620 MPa, Nf= 9.14 x 105周期)。

随着回火温度的升高逐渐马氏体分解(150 ~ 350°C)。与样本,样本与回火马氏体B更少的缺陷,较小的抗拉强度和较高的塑性变形,导致明显的分界线的形成和增长的山脊(图10 b-10f);在这个时候,疲劳缺陷敏感性较低(42)和疲劳损伤程度降低,因此提高疲劳强度指数b (;示例C分解马氏体的微观结构和杆状的碳化物没有多高强度图9实力,但更好的塑性变形和疲劳的敏感性较低,不同的常规扇形区和高疲劳强度指数b。

当温度达到250 ~ 400°C,回火马氏体的分解是基本上结束了,典型的回火马氏体样本D回火350°C形式;当回火温度超过400°C,渗碳体出现随着回火温度的升高,逐渐生长和样品的微观结构E和F,分别在420年和500年的°C,回火屈氏体。d e为样本,抗拉强度不高,因此,塑性变形能力更好,疲劳灵敏度较低,和疲劳损伤程度不高,最后,他们的疲劳强度指数保持不变。

总之,不同处理对AISI 4340钢的热处理过程,疲劳强度指数首先保持常数,然后死亡与抗拉强度明显增加所示图9。上述机制来控制参数s (n曲线可能暗示,提高疲劳强度系数通过使用适当的强化机制和/或降低疲劳强度指数减少有害的缺陷可以提高钢的疲劳强度。

结论

典型的s (n曲线高强度钢等符合美国钢铁协会的4340和435单片机使用Basquin关系进行调查。

疲劳强度系数的变化图像和指数b s (n曲线的相应变化。如果钢有广泛的抗拉强度和s (n曲线连续递减类型,疲劳强度系数和抗拉强度之间的关系是线性的,即图像疲劳强度指数和抗拉强度之间的关系几乎显示一条水平线在一定范围的抗拉强度,然后下降,成为线性作为ƒb =φ+一个‚€¢σ。基本的疲劳机制控制强度衰减参数与抗拉强度增加简要调查。疲劳强度系数图像与强化机制有关的材料。疲劳裂纹网站的变化,微观结构的变化和疲劳不同处理钢的金相热处理导致疲劳强度指数b的变化与抗拉强度增加。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金支持的(国家自然科学基金委)批准号。51301179,51331007。彭日成JC博士要感谢教授酒井法子T发送重要的参考。

引用

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