GCr15钢超高周的疲劳行为

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第 3卷第 4期 220 0 8年 8月

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Vo . No. 1 32 4

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文章编号:6 30 9 (0 80 .040 17—2 12 0 )40 2 .4

GC l r 5钢超高周的疲劳行为李伟李强鲁连涛2谢基龙,,,( .京交通大学结构强度检测国家级认证中心, 1北轨道车辆结构可靠性与运用检测技术教育部工程研究中心,北京 104; 004 2西南交通大学牵引动力国家重点实验室, .成都 6 0 3 ) 10 1

摘

要: G r5钢为试验材料进行旋转弯曲超高周疲劳行为的试验研究,电子显微镜对试样以 Cl用

断口进行观察 .结果表明:劳裂纹的萌生机制可以分为两种,疲一种为表面裂纹萌生机制,生在高发

应力幅短寿命区,由试样表面晶体滑移或表面夹杂引起的;是另一种为内部裂纹萌生机制,生在发低应力幅长寿命区,由试样内部的非金属夹杂物引起的 .是通过对试验结果的分析和处理,绘出描 了 G r5 C l钢的 .~曲线 . s一通过对裂纹萌生位置处尺寸参数的计算和评估,阐述了裂纹萌生于内部的破坏机理,出了基于裂纹尺寸参数的超高周疲劳极限的推定方法 .提关键词:车辆; r5钢;高周疲劳;劳曲线; GC 1超疲鱼眼

中图分类号: 36 2:T 12 3 0 4 .3 G 4 .3

文献标志码: A

1 t e n Ulr . i h Li e Re i n 5 S e li t a g f g o H

L i,L a g,LU La t IWe IQin ina,XI i n o E Jl g o( . aoaoyf t c r t nt et gB in atn nvr t) hn ai aA cei tn 1 L brtr rSr t a Sr ghT sn ( e igJ oo gU i s y,C i N t n crdt i o uul e i j i ei a ol aoS rie f rCo f r t ss me t E gn e i g Re e r h C n e fS r c u e Re a i t n p r t n Me s r me t e vc o n o mi Ase s n, n i e rn s a c e tro tu t r l b l y a d O e ai a u e n y i i o

T c nl yo a uddV hc ( eigJ oo gU iesy,Mii r f d ct n B in 0 04 hn; eh o g f iG ie e ie Bin a t nvr t) o Rl l s j i n i n t o ua o, eig10,C ia sy E i j 42 tt K yL brtr f rc o o e, otw s J oogUn es y C eg uScun60 3, h a .Sae e a oaoyo at nP w r S uh et i tn i r t, hn d i a 10 1 C i ) T i a v i h n

Ab t a t Fo h a e o e e l he u ta h g y l a iueb h v o,GCr 5 b a i g se lwa s d sr c: rt e s k fr v ai t lr - i h c ce f tg e a ir ng l e rn te su ea e tn a e i nd r t tng b n i ai u e twa d ptd.Thef a t r a to he s m p e wa s t si g m tra a o a i e d ng f tg e ts sa o e l r c u e p r ft a l s

o s r e y u i g SEM .Te tr s lss w ha a iu r c n ta i n ha wo d fe e c ns b e v d b sn s e u t ho t tf tg e c a k i ii to s t i r ntme ha ims. i On s c le h u f c r c n ta in me h nim .I s g v r e y ac y t lsi r n n t

l ci e i ald t e s ra e c a k i ii to c a s ti o e n d b r sa lp o o me al n— i cu in o he s e i n s r a e,wh c c ur n t e r gon o ho tf tg e lf nd hih sr s mp i l so n t p cme u f c ih o c si h e i fs r a i u ie a g te sa l— t elv 1 ud e e .The o h r i al d t ntr a r c n ta i n me ha im . I s g v r e y no t e s c e he i e n lc a k i iito c n s l ti o e n d b nme al t li c

i cu i n a s b u f c ih o c r n h e i n f l n a i u i n o sr s mp iu e n l so t u s ra e wh c c u s i t e r g o o o g f t e l e a d l w te s a l d . g f tThr ug h n y i n ip s ft x rme a e u t . t e . N u v s d p ce o h t e a a ssa d d s o a o he e pe i nt r s ls h s l l l— c r e wa e it d.Th o g ru h t e c c lto n v u to f c a k n ta ie pa a t r me h n s f r i e na fa t r mo e h a ua i n a d e a a i n o r c i ii sz r me e, l l l c a im o ntr l r c u e dw h r ai u r c c u sa pe i e ub u f c s d s u s d a d f tg e l e p e i to r c du e e e f tg ec a k o c r ts cm n s s ra e wa ic s e n ai u i r d c i n p o e r s f

we e i d c t d b s d o r c nii ie p r me e r n ia e a e n c a k i ta sz a a tr. l Ke r: e ce y wo ds v hil;GCr 5 s e l l te;Ulr - g y l tgu;.— c r e F s— y ta hi h c ce Fa i e s N u v; ih e e

从 1纪中期开始,金属疲劳的研究已经经 9世对

立了不少理论模型…但这些研究工作大多集中在 1.低周疲~ (o yl ft u, C )H 1wcc i eL F Y高周疲劳 (ih eag f hg

历了 10 6多年的历史,积累了大量的试验数据,也建

收稿日期:0 7 1—5 2 0—0 1

基金项目:国家"7" 9 3计划项目资助 (0 7 B 17 5 20 C7 40) 作者简介:李伟(9 9 )男, 17一,山东潍坊人,博士生 . a:7 12 3 j . u e i 0 16 9@b u e m l t d李强(9 3 )男, 16一,山西太原人,教授,博士,博士生导师 .

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第4期

李

伟等: C1钢超高周的疲劳行为 Gr 5

cc t u, F . vl f i eHC )即使是高周疲劳, eag其载荷循环周

测得的 sⅣ曲线,一图中的空心圆符号 ( ) o表示分布在高应力幅短寿命区的试验结果;实心圆符号( )● 表示分布在低应力幅长寿命区的试验结果 .两种裂纹萌生的试验数据分布于试验施加的全部应力幅范围,现混合分布的趋势 .呈并根据后面描述的断口观察结果可知,它们对应于不同的裂纹萌生位置 .图从 2中可以看出,超高周疲劳阶段 ( 0~1 ,纹在 17 0)裂基本上都萌生于试样内部,这说明内部起裂是超高周疲劳的一个典型特征 .

次也不超过 l而实际的机械和工程结构,高速 O.如铁路的机车车辆,钢轨,桥梁,动机和海洋结构等发承受 l至到 l以上的循环载荷作用

也并不少 O甚 O见.因此从制造机械及结构的经济性和使用的安全性考虑,超高周疲劳 ( l a i yl ft u,对 Ut—hg cc ai e r h e gUHC )为的研究具有重要的意义 . F行

最近的超高周疲劳研究结果表明 .高强度 4,钢疲劳裂纹的萌生有两种机制:一种是高应力幅短寿命区出现的表面裂纹萌生机制;另一种是低应力幅长寿命区出现的内部裂纹萌生机制 .针对高强度钢疲劳破坏的特异现象,本文作者对 G r5 C l轴承钢进行了 19 0周次的超高周旋转弯曲疲劳试验 .

1试验材料和试验方法1 1试验材料 .

试验材料为 G r5钢,的化学成分中 c, i Cl它 S, Mn C,u N,,,, rC, iMo P S的质量分数分别为 10%, .10. 23%, 3 0. 6%,1. 5%,0. 6%,0. 4%,0. 4 0 0 02%,

图 2 C5 1钢的Ⅳ曲线 d"5Fg2 i . S N u v fGCr 5 se l - c reo 1 t a

00 2 0 07试样的形状及尺寸如图 1 . 1%,.0%.所示 . 加工方法及热处理方法详见文献[] 3.

2 2断口的观察 .

疲劳试验后,用 S M对试样断口上的疲劳使 E裂纹萌生位置进行了观察 .根据裂纹萌生位置的不同,试样疲劳破坏的模式可被分成两类,一类是表面破坏模式,由试样表面加工伤痕诱发的晶体滑移是或表面的夹杂引起的,图 3 a和图 3 b;一类见 () ( )另