循環(huán)應(yīng)力下無取向電工鋼疲勞行為及磁性能演化規(guī)律的研究.pdf

1、為了保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源，新能源電動汽車已成為汽車行業(yè)發(fā)展的熱點。電動汽車電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時受大小和加載頻率隨機變化的動態(tài)離心力作用，而離心力會引起轉(zhuǎn)子的疲勞斷裂和棘輪變形，影響其磁性能，最終導(dǎo)致電機報廢或性能惡化。為確保電動汽車電機的安全可靠性，提高電機效率，轉(zhuǎn)子用無取向電工鋼在循環(huán)應(yīng)力下的疲勞行為和磁性能演化規(guī)律已引起高度重視。目前國際上對大尺寸晶粒的薄板電工鋼疲勞行為的研究還處于起步階段，關(guān)于應(yīng)力對磁性能影響的研究僅局限于靜態(tài)拉應(yīng)力和壓

2、應(yīng)力范疇，因此，本論文系統(tǒng)研究了30WGP1600無取向電工鋼的疲勞壽命分布特征及斷裂機制，分析了電工鋼疲勞性能的頻率效應(yīng)，開展了大量的電工鋼棘輪行為及磁性能演化規(guī)律研究，得出了一系列重要結(jié)論。
　　在電工鋼疲勞斷裂機制研究中，通過對疲勞試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，置信度為90％，失效概率為10％條件下30WGP1600無取向電工鋼的疲勞極限強度為346MPa，達(dá)到屈服強度的86.5％，抗拉強度的64％。通過光學(xué)顯微鏡和原子力顯微鏡(AF

3、M)表面觀察、掃描電子顯微鏡(SEM)斷口分析、透射電子顯微鏡(TEM)位錯分析和EBSD微區(qū)分析，揭示了電工鋼的疲勞斷裂機制:疲勞裂紋主要萌生于側(cè)表面或側(cè)表面與上下表面轉(zhuǎn)角處的晶粒和晶界，從AlN顆粒處萌生的概率很小。疲勞裂紋快速擴展區(qū)為典型的解理河流花樣，瞬時斷裂區(qū)表現(xiàn)出類似于單晶體的韌性斷裂特征。
　　針對電動汽車電機的變頻特性，研究了30WGP1600無取向電工鋼疲勞性能的頻率效應(yīng)，從位錯運動機制上揭示了頻率效應(yīng)的本質(zhì)。得

4、出無取向電工鋼的疲勞性能對加載頻率十分敏感，加載頻率從10Hz增加到50Hz，疲勞壽命和疲勞極限強度都增加，這可歸因于加載頻率對位錯組態(tài)和動力學(xué)特征的影響。
　　考慮到電機中轉(zhuǎn)子和定子之間間隙的重要性，對電工鋼的棘輪行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得出了峰值應(yīng)力是影響電工鋼棘輪變形的主導(dǎo)因素。由于不同峰值應(yīng)力區(qū)間對應(yīng)的位錯密度和位錯組態(tài)不同，棘輪變形規(guī)律也不同。峰值應(yīng)力小于300MPa（75％屈服強度）時，材料不發(fā)生棘輪變形;當(dāng)峰值應(yīng)力大于3

5、00MPa小于340MPa，即大于75％屈服強度小于85％屈服強度時，棘輪變形量較小，循環(huán)初期即達(dá)到飽和狀態(tài);當(dāng)峰值應(yīng)力大于等于340MPa（為85％屈服強度）小于等于屈服強度時，棘輪變形量大幅增加，循環(huán)十萬次左右方能達(dá)到穩(wěn)定。因此，峰值應(yīng)力340MPa（為85％屈服強度）是30WGP1600無取向電工鋼棘輪變形量突增點對應(yīng)的應(yīng)力值。
　　電工鋼棘輪變形將導(dǎo)致磁性能惡化，因此著重研究了電工鋼在循環(huán)應(yīng)力下的磁性能演化規(guī)律，從磁疇、織