疲劳断裂行为High

超高频强度钢的疲劳断裂行为

J. Mater. Sci. Technol., Vol.24 No.5, 2008

1)国家重点实验室的先进加工钢材和产品,北京100081,中国

2)国家工程研究中心,北京100081钢铁技术先进,中国

3),燕山大学,秦皇岛，中国

(4)对金属的中国社会,北京100711,中国

疲劳断裂行为的超高强度钢与不同熔化过程，研究了夹杂物尺寸不同通过用在旋转弯曲疲劳机上多达107循环加载。观察骨折面发射扫描电子显微镜(FESEM)。当它被发现时已经尺寸的夹杂物对疲劳行为未清除。对钢在AISI 4340夹杂物尺寸小于5.5微米，所有的疲劳裂纹除的确做到了包含但不引发的地表和传统从标本的s - n曲线的存在。对65Si2MnWE在100和Aermet钢平均12.2和14.9米，疲劳裂纹在较低的夹杂物引发的s - n曲线应力幅值和逐步进行观测。弯曲疲劳

强度的s - n曲线显示一个不断下降和疲劳失效的大型氧化物夹杂源于对

60Si2CrVA钢平均夹杂物的尺寸44.4米。在案件的内部骨折在周期超越约1×106 65Si2MnWE和60Si2CrVA钢、夹杂物sh-eye经常发现里面和颗粒状明亮的方面(GBF)进行了观察附近约夹杂。GBF尺寸的增加这个循环数的增加对失败的长寿命的政权。结构应力强度因子的价值范围内裂纹萌生施工现场对GBF与Nf几乎不变，几乎是相等的表面夹杂物和内部包含在周期低于约1×106。既不sh-eye GBF。也没有观察到100 Aermet钢在目前的研究中。

关键词:High-cycle超高强度钢疲劳，夹杂物s - n曲线，鱼眼骨折1、介绍

High-cycle疲劳(HCF)失败是普通的实用的建筑工程项目的土石方作业。因此，广泛的研究已进行多年了令人满意的理解和解决方案尚未达成。众所周知，有一个很好的旋转弯曲疲劳强度之间的关系，如光滑的标本和抗拉强度、维氏硬度、高压、或低或中等强度。对于低或中等强度钢如下

σw ≈ 0.5Rm σw ≈ 1.6HV （1）

在这种情况下，从疲劳裂纹倾向于表面，因此被称为表面的结构。然而,在较高的拉伸强度范围或维氏硬度、线性相关性没发生，有了更多的散射或甚至星体疲劳强度值。疲劳断裂的起源的高强度钢的表面并不总是，但经常还有一定距离

尤其是forhigh-cycle疲劳,因此被称为内部断裂。断裂表面经常展现一个小光滑斑裂纹起源，这是通常的一个叫做“sh-eye”。预防sh-eye肯定会提高骨折的疲劳性能的高强度钢。高强度钢鱼眼骨折来源于内部缺陷，一般多夹杂物[1 - 4、

7、8]，但是在某些情况下是微观缺陷[4、5]。特别是夹杂物缺陷尺寸和性能,被认为是主要因素sh-eye控制的性能。因此，许多的关注已经支付双方对最小化的大小和数目上的杂质。

超高强度钢是一种构成的具有很高的强度和钢的韧性水平[10 - 12],广泛应用于生产特别是在太空中构件在焦化循环加载。因此，需要注意了疲劳超高强度钢的断裂行为。在这个研究中，疲劳性能的两种超高强度钢(AISI 4340和Aermet 100)，又有两个轮班替换超高强度钢的种类(60Si2CrVA和65Si2MnWE)测定,通过使用一个旋转两点弯曲疲劳机在高多达107周期循环政权。疲劳裂纹萌生机制研究。

2、实验

四种超高强度钢和弹簧钢的dierent融化过程,因此dierent夹杂物特性选取研究。四钢、Aermet 100是双重的真空熔化(真空+ VAR)，AISI 4340是真空感应融化跟随由电渣熔化(ESR),65Si2MnWE +真空电弧炉溶化然后是电渣重熔型(融化电弧炉+ ESR)，和60Si2CrVA通过传统的电弧炉炉熔化加上钢包炉精炼和真空脱气(电弧炉+铅锌矿床+ VD)的过程。所有的钢卷是商业性的热锻造或者是18毫米的滚卷。钢退火柔软，然后加工成形状接近纳洛酮形状的标本和透射电镜(tem)之前，抗拉强度是1835-1985兆帕的Rm回火后,维氏596-632硬度高压是高压。钢微观组织的四个情绪马氏体和少量残余奥氏体的保留。

在旋转的条纹二点弯曲疲劳试验中来观察几何形状和圆棒来评价试样疲劳强度的尺寸，如图1所示：

图1 尺寸图

所有样品表面在轴向方向用NAL 800号砂纸进行抛光。疲劳试验被进行了多达107次通过使用PQ1 - 6型条纹二点弯曲疲劳试验机设置旋转在5000转/分在空气中升温进行。古雷疲劳强度是由楼梯至少六对方法，以提高旋转冷却器。

在fatigue-fractured曲面的形态下观察到发射的扫描电子在骨折处与能量

进行了分析色散原子x射线(EDAX)识别其化学成分组成。

3、结果和讨论

3.1 s - n曲线和疲劳强度

图2(a)-(d)显示s - n曲线进行的前期试验钢。s - n曲线的数据中AISI4340可以被解释成两条直线，像传统的s - n曲线。地平线—塔尔线代表疲劳强度有107个周期。然而，对于Aermet 100米和65Si2MnWE，s - n曲线开始大幅回落在循环周期数超出了大约4×106和2×106有明显区别。这种第二下降的s – n 曲线特别是在high-cycle曲线ultrahigh-cycle地区一直受到不少学者报道[13-15]。然而，对于60Si2CrVA,其疲劳寿命继续下降和不存在明显的横向线存在,就像SUP12和SWOSC-V钢的[16]。

如上所述,夹杂物中有一个很重要的疲劳断裂的作用，和高强度钢可能存在一个临界体积，和夹杂物下面的疲劳断裂起源，但从标本的夹杂物表面或内部微观缺陷。这一直被许多研究人员所关注。用于表面疲劳断裂和强度满足方程(1)。假设疲劳高强度钢的强度可以预测通过Murakami的参数模型[1至13条]：

式中的R是应力比,这里R=-1；α=0.226+HV×104 ；area：小缺陷或包裹体的投影面积的平方根，单位为微米；C为对缺陷或夹杂物的相关t响应的位置。因此,临界体积的球形夹杂物可以得到[18]:

对内部的覆盖面的C = 0.969。

2-（a）