基于红外热像显微观测技术的304不锈钢疲劳性能研究.pdf

《基于红外热像显微观测技术的304不锈钢疲劳性能研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第４４卷第５期化工机械５１９基于红外热像显微观测技术的304不锈钢①疲劳性能研究１，２１，２１，２１，２１易湘斌梁泽芬沈建成罗文翠白云贵（１．甘肃省机械装备先进制造协同创新中心；２．甘肃省高校绿色切削加工技术及其应用重点实验室）摘要借助红外热像仪和远场视频显微镜研究了３０４奥氏体不锈钢应力疲劳的温度响应与微观形貌变化规律，运用扫描电镜对试件断口进行微观分析。研究结果表明：载荷幅值对试样表面最大温升有一定影响，试件表面温度变化与微观形貌的演化之间存在相关性。随着应力水平的增加，试样断口裂纹扩展区疲劳条带变窄，瞬断区韧窝增多。关键词３０４不锈

2、钢低周疲劳应力加载红外热像断口分析+中图分类号ＴＱ０５０．４１文献标识码Ａ文章编号０２５４-６０９４（２０１７）０５-０５１９-０５随着高精度红外热像仪的普及，人们致力于研近年来，随着实验器件的进步，利用红外热像究疲劳过程中的热现象，从能量耗散的角度认识疲法结合远场显微观察，研究能量耗散与表面疲劳劳问题。ＲｏｓａＧＬ和ＲｉｓｉｔａｎｏＡ最早提出一种快损伤及微观结构演化成为可能，这将有助于进一［１］速测定材料疲劳极限的热像法，随后ＦａｒｇｉｏｎｅＧ步认识疲劳现象和产生机制，对于设备服役检测、等进一步发展，从单纯测定材料疲劳极限扩展至绘寿命估

3、算和安全性评价都具有重要的理论和工程［２］制S-N曲线。姚磊江等系统地研究了循环过程意义。国内，李娜率先进行关于表面温度变化与［３］及循环内疲劳损伤热能的耗散变化规律。王凯微观形貌演化的试验，通过纯铜光滑试件与缺口研究了３０４不锈钢高周疲劳过程的温度场变化，并试件疲劳试验的研究，发现二者之间存在着密切［４］［７］用Ｒｉｓｉｔａｎｏ法测得材料的疲劳极限。的关联。由于疲劳过程的生热是由内摩擦和位错运动鉴于对３０４奥氏体不锈钢红外热像低周疲劳引起的原子振荡产生，应力集中处材料的塑性变研究的空白，笔者使用高分辨率远场视频显微镜形使得显微结构发生改

4、变，引起表面微观形貌的和红外热像仪，组建显微疲劳试验系统，进行表面变化，因此热耗散和显微结构演化之间存在一定温度测量，观察材料表面微观形貌的变化，利用扫的关系。ＰｌｅｋｈｏｖＯＡ等建立了循环塑性变形下描电镜对疲劳试样断口进行分析，研究不锈钢疲能量耗散的热力学模型，提出了描述储能和耗散劳裂纹萌生与扩展过程的内在机制。［５］能的本构方程。ＣｈｒｙｓｏｃｈｏｏｓＡ和ＬｏｕｃｈｅＨ利1试验材料及方法用红外热像与数字图像技术，通过热像照片计算试验用材料是热轧３０４不锈钢，其屈服强度材料表面各个点处的应变能与热耗散量进而得到为２０６ＭＰａ，抗拉强度为

5、５６９ＭＰａ，延伸率７１％，化［６］储能，用于材料的疲劳评估。学成分见表１。①基金项目：甘肃省高等学校科研项目（２０１４Ａ-１２３，２０１５Ａ-１６１）；甘肃省科技计划资助项目（１６０６ＲＪＹＡ２５３）；兰州工业学院创新实验项目（２０１６０６）。作者简介：易湘斌（１９７９-），讲师，从事金属疲劳的教学研究工作，ｙｉｂｉｎ２００３＠１２６．ｃｏｍ。５２０化工机械２０１７年表１３０４不锈钢的化学成分ｗｔ％ＣＳｉＭｎＣｒＣｕＭｏＰＶ０．０３５０．３４０１．３１０１８．０５００．０３００．０８７０．０４５０．０６６试样为光滑板试样，按照ＧＢ／Ｔ３

6、０７５-２００８像图。可以看出，试样颈部温度最高，由中心向两《金属材料疲劳实验轴向力控制方法》设计成中端逐渐降低，呈梯度分布。为消除环境温度的影间带圆弧的形式，试样厚３ｍｍ，如图１所示，采用响，同时采集某时刻试件温度最高值与环境温度，线切割进行加工，实验前用不同目数的金相砂纸并将二者的差值记录为表面温升。打磨抛光。为增大金属表面比辐射率，在试样表图３为３０４不锈钢在不同应力疲劳加载过程面涂上一层发射率大于０．９５的黑色哑光漆。试中的表面温度随循环次数变化情况，可以看出，所验用设备为长春试验机厂生产的ＳＤＳ１００电液伺有曲线都表现出表面温度

7、在循环初期和末期上升服动静试验机。明显，在循环稳定阶段缓慢上升的趋势。随着加载应力的增加，表面温升也快速增加。加载初期，试件局部的塑性变形释放热量，此时由于试件与环境温差小，对流损失较小，热耗散大部分用来提升试件温度；当进入循环稳定阶段，达到热平衡状态，温度变化基本稳定；在寿命后期，宏观裂纹萌［８］生扩展，短时间释放大量热量，温度急剧上升。图１试验用板状疲劳试件结构示意图试验采用应力控制方式，三角波，应力比R＝０．１，频率２０Ｈｚ，初始环境温度２４℃。分两组在２５０、２９０、３００、３１０、３２０ＭＰａ应力水平下进行应力控制的轴向拉-拉疲

8、劳试验。第１组采用ＦＬＩＲ红外热像仪（室温精度０．１℃）记录，获得试样表面热像图、标距段温度和热像图。第２组在同样条件下进行试验，循环加载过程中，插入加载频率为０．１Ｈｚ的时间段，期间采用Ｑｕ