18CrNiMo7-6合金鋼的彎曲微動(dòng)疲勞特性研究.pdf

1、微動(dòng)疲勞是一類伴隨著微動(dòng)磨損的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命問題，它能促使裂紋提前萌生并擴(kuò)展，致使材料過早失效破壞。微動(dòng)疲勞現(xiàn)象普遍存在于機(jī)械、交通、電力、航空航天、核反應(yīng)堆等工業(yè)領(lǐng)域中的各類緊固配合構(gòu)件中，是很多關(guān)鍵零部件失效破壞的主要原因之一。本論文以18CrNiMo7-6合金鋼材料作為研究對(duì)象，通過系統(tǒng)的彎曲微動(dòng)疲勞試驗(yàn)研究，深入分析了該材料的彎曲微動(dòng)疲勞特性，旨在為其工程實(shí)際應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)和參考。
　　論文的試驗(yàn)部分是在自主設(shè)

2、計(jì)的彎曲微動(dòng)疲勞試驗(yàn)臺(tái)上開展的，試驗(yàn)選用的接觸模式為圓柱/圓柱正交點(diǎn)接觸。通過系統(tǒng)的試驗(yàn)分析，建立了18CrNiMo7-6合金鋼材料的彎曲微動(dòng)疲勞S-N曲線，然后在此基礎(chǔ)上，使用掃描電鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、電子探針(EPMA)等微觀分析檢測設(shè)備，對(duì)材料接觸區(qū)域的損傷形貌、斷口形貌、裂紋剖面等進(jìn)行詳細(xì)分析，獲得的主要結(jié)論如下:
　　(1)18CrNiMo7-6合金鋼材料的彎曲微動(dòng)疲勞S～N曲線呈“ε”型曲線特征，且隨著

3、彎曲疲勞應(yīng)力的增大，微動(dòng)運(yùn)行區(qū)域由部分滑移區(qū)(PSR)向混合區(qū)(MR)和滑移區(qū)(SR)轉(zhuǎn)變。在混合區(qū)，裂紋最易萌生和擴(kuò)展，材料的疲勞壽命最低。
　　(2)材料接觸區(qū)域的整體損傷形貌呈非對(duì)稱橢圓環(huán)狀，接觸中心部位處于相對(duì)靜止的粘著狀態(tài)，幾乎未發(fā)生磨損，左右兩端可見明顯的損傷帶存在。彎曲疲勞應(yīng)力和試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)是影響材料彎曲微動(dòng)疲勞特性的兩個(gè)重要因素。隨著彎曲疲勞應(yīng)力的增大，材料接觸界面間的切向應(yīng)力增大，位移幅值增加，使接觸區(qū)域兩端的損

4、傷帶變寬變深，增大了裂紋萌生和擴(kuò)展的動(dòng)力;而隨著試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)的增加，會(huì)引起材料接觸區(qū)域內(nèi)的損傷累積，從而加重其損傷程度，促進(jìn)裂紋萌生和擴(kuò)展。
　　(3)18CrNiMo7-6合金鋼材料的彎曲微動(dòng)疲勞裂紋均萌生于接觸區(qū)域固定端一側(cè)的損傷帶內(nèi)。經(jīng)過裂紋剖面分析和斷口形貌分析相互印證，進(jìn)一步確認(rèn)了裂紋萌生于接觸區(qū)域內(nèi)距表面約50～100μm深的次表面處。
　　(4)裂紋的萌生和擴(kuò)展可分為三個(gè)階段:第一階段主要受法向接觸應(yīng)力控制，裂