結(jié)構(gòu)鋼超高周疲勞性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)疲勞設(shè)計(jì)理念認(rèn)為，載荷循環(huán)周次在10<'7>以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有無限疲勞壽命，通常以10<'7>循環(huán)周次所對(duì)應(yīng)的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)做為強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。但是隨著機(jī)械設(shè)備向高速大型化發(fā)展，許多機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)，如高速鐵路的機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)及零部件，核電站散熱器管道，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等在承受10<'7>～10<'10>周次的應(yīng)力循環(huán)載荷后的超高周階段，仍然發(fā)生疲勞破壞。傳統(tǒng)的疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范和壽命預(yù)測方法已經(jīng)不能滿足超高周區(qū)域機(jī)械設(shè)備的使用要求，所以有必要對(duì)常用

2、的結(jié)構(gòu)鋼種進(jìn)行超高周疲勞試驗(yàn)，得到超高周疲勞數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有設(shè)施以及以后待建項(xiàng)目的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)、安全評(píng)估及壽命預(yù)測都有非常重要的工程意義。 本文以16Mn結(jié)構(gòu)鋼，304不銹鋼，42CrMo鋼為研究對(duì)象，用超高周疲勞試驗(yàn)方法，進(jìn)行了10<'4>～10<'10>壽命范圍內(nèi)的超高周疲勞行為的研究。通過超高周疲勞試驗(yàn)得到三種材料在試驗(yàn)下的S-N曲線，分析了S-N曲線的特征，用掃描電子顯微分析方法(Scanning Electron Micr

3、oscopy)研究了三種結(jié)構(gòu)鋼的疲勞斷裂行為和疲勞斷裂機(jī)理，分析了裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，三種結(jié)構(gòu)鋼S-N曲線均具有階梯型下降特征，不存在傳統(tǒng)意義上的疲勞極限，16Mn結(jié)構(gòu)鋼在10<'7>循環(huán)周次以下高周疲勞階段和10<'7>循環(huán)周次以上超高周疲勞階段，疲勞裂紋源均在試樣表面萌生。而304不銹鋼，42CrMo鋼在10<'7>循環(huán)周次以下高周疲勞階段，疲勞裂紋從試樣表面萌生，10<'7>循環(huán)周次以上超高周疲勞階段疲勞裂紋多在試樣

4、次表面缺陷處萌生。16Mn結(jié)構(gòu)鋼和42CrMo鋼疲勞裂紋的擴(kuò)展機(jī)制對(duì)高周和超高周疲勞而言沒有本質(zhì)的區(qū)別。而304不銹鋼第一擴(kuò)展區(qū)形貌與傳統(tǒng)定義的第一擴(kuò)展形貌有著明顯的不同，進(jìn)而定義了304不銹鋼超高周疲勞的第一擴(kuò)展區(qū)。研究了加載頻率對(duì)16Mn結(jié)構(gòu)鋼的疲勞性能的影響，發(fā)現(xiàn)16Mn結(jié)構(gòu)鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)存在塑性很差的滲碳體是導(dǎo)致超高周疲勞性能降低的主要原因。通過掃描電子顯微分析方法和X衍射分析發(fā)現(xiàn)在304不銹鋼的超高周試驗(yàn)中存在裂尖應(yīng)變誘發(fā)馬氏