新型贝氏体钢在磨损载荷作用下协同疲劳寿命的初步研究

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1、贵州大学2008届硕士研究生毕业论文摘要本课题是对低碳低合金GDL-1钢在磨损和疲劳载荷共同作用下的疲劳寿命进行了实验研究和理论分析计算。通过自行研发设计制造的磨损装置来研究磨损条件对试样循环疲劳寿命的影响，试图真实模拟实际构件在磨损载荷作用下，小裂纹在表层和次表层累积损伤、扩展直到最后断裂的演化全过程。经过上述实验研究获得磨损载荷条件下的疲劳寿命变化初步规律，为构件在磨损载荷条件下的疲劳寿命预测和构件强度设计奠定基础。文中从螺纹钎杆在实际工况下发生破坏中观察到：在岩矿石的剧烈磨损以及高压水流(或压气)冲刷和矿坑

2、水的腐蚀条件下，钎杆还同时承受着拉、压、弯、扭和凿岩机的高频冲击载荷作用。钎杆的旋转凿岩过程会与岩石产生摩擦磨损、特别是螺纹连接部分表层会产较大的磨损，对钎杆疲劳寿命产生重要影响。认为在这种服役条件下的疲劳寿命是多载荷共同控制的疲劳寿命。这使我们对疲劳裂纹在表层萌生、扩展直至断裂的机理有新的理解。提出材料在多种载荷共同作用下，表面会形成一层较薄的干扰层(在本文实验中的干扰层由磨损层+形变层组成)。干扰层的形成强烈地影响了表层裂纹的萌生及扩展机制。而干扰层形成速率(匕+圪)(其中圪表示磨损层的磨损速率，圪则表示形变

3、层形成的速率)与表J疗层小裂纹中主裂纹扩展速率．豢竞争机制，决定了材料的疲劳寿命。此时的疲劳寿d^命并非材料的本征疲劳寿命(只有单独疲劳载荷作用下的疲劳寿命)，而是协同疲劳寿命。协同疲劳寿命是指：材料或构件在除疲劳载荷以外的一种或多种其它载荷共同作用下的疲劳寿命。文中将所产生协同疲劳寿命的效应分两种情况：正协同疲劳效应和负协同疲劳效应。此外，论文还阐述了磨损速率圪和形变层形成速率圪两者之间的相互关系，以及两者决定的干扰层形成速率(圪+t)对小裂纹中主A一裂纹扩展速率熹的影响，并进一步探讨磨损速率圪和形变层形成速率

4、圪与协同‘l』V疲劳强度的关系。另外，SEM观察到了纵剖面小裂纹从萌生到逐渐长大的演化过程，在对裂纹形态观察后，分析了试样破坏前的各种损伤情况：从单个小裂纹、多个贵州大学2008届硕士研究生毕业论文单独小裂纹、小裂纹的三角沿晶形态、单个晶粒沿晶开裂、多晶粒晶界同时沿晶开裂、穿晶波动型疲劳小裂纹、多段直线型穿晶疲劳小裂纹等不同形态最终扩展成为破坏性宏观裂纹。对从小裂纹向宏观裂纹的转变时间、转变方式及所受干扰层中形变层应力分布等因素的影响分析后得出：磨损载荷产生的干扰层对构件的疲劳寿命有强烈的影响作用。在控制好磨损层

5、厚度(以GDL-1钢为例，在空冷回火状态下渗层为0．fimm时，磨损层控制在0．12ram以内，形变层厚度在0．1mm左右)的条件下，会使构件的疲劳强度提高25MPa左右，也可以认为使构件在有磨损等多种载荷共同作用下的疲劳寿命得到提高。这对延长构件在多载荷作用下的使用寿命有重要的实际意义。也为解决钎杆在使用过程中过早破坏提供了新的思路。关键词：钢，钎杆，磨损，强韧性，干扰层，协同疲劳强度，协同疲劳寿命Ⅱ贵州大学2008届硕士研究生毕业论文AbstractThisstudyinvestigatesandanalys

6、esthefatiguelifeofthelow··carbonlow·-alloyGDL·1steelunderwearandfatigueload．ResearchtheeffectofwearconditiononcyclelifetimeofsamplesthroughWeal"devicedesigenedbyourselves．Trytosimulatetheevolutionaryprocessofthecumulative，expansionandfailureofthemicro-crackon

7、surfaceandsubsurfaceoftherealcomponents．Obainthepreliminarylawofvariationoffatiguelifeunderthewearconditionthroughtheaboveexperiments，SOthatlaythefoundationforstrengthdesignandforecastoffatiguelifeofcomponentsunderwearcondition．，Throughtheobservationofthefati

8、gueofthespiraldrillrod，undertheseverewearandtheerosionofhighpressurestreamcurrent(orgas)andminewater,drillrodbearstensilestress，compressionstress，flexurestress，torsionalstressandhighfrequ