高性能弹簧钢60si2crva和38si7高周和超高周疲劳破坏行为的研究

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1、钢铁研究总院硕士学位论文摘要高强度钢的超高周疲劳行为是当前疲劳研究的新热点。本文主要利用旋转弯曲疲劳实验、超声波疲劳实验和疲劳裂纹扩展实验对三种商业生产的60Si2CrVA弹簧钢(D．60，H一60，A．60)和两种高速铁路弹条用38Si7高强度弹簧钢(X，38，N．38)进行了疲劳破坏行为方面的研究，重点分析了夹杂物对实验钢疲劳性能的影响。三种60Si2CrVA弹簧钢(D．60，H．60，A．60)的氧含量尽管相同(均为10ppm)，但其高周和超高周疲劳性能却存在显著的差异；对氧含量基本相同的

2、两种38Si7弹簧钢(X．38，N-38，分别为6、7ppm)亦得到同样的结果。因此，不能单纯用氧含量的高低来衡量实验钢的高周和超高周疲劳性能。三种60Si2CrVA弹簧钢的高周和超高周疲劳实验结果表明，在低应力幅、高循环周次(约大于106eye)下，实验料的疲劳裂纹绝大部分起源于试样内部的粗大氧化物夹杂，由于钢中夹杂物尺寸的差异，使其高周和超高周疲劳性能存在明显差异，即随着夹杂物尺寸的减小，实验料的疲劳寿命和疲劳强度均逐渐提高。三种60Si2CrVA弹簧钢和两种38Si7弹簧钢的高周和超高周疲

3、劳实验结果表明，对于内部夹杂物引起的疲劳破坏，在低应力幅、高循环周次(约大于106cyc)下，在夹杂物周围往往存在粗糙的粒状区域(GBF)。随疲劳断口裂纹源夹杂物处应力场强度因子么K。的减小，疲劳寿命Ⅳf增加；而夹杂物周围GBF边界处的应力场强度因子4‰BF并不随Ⅳf变化而变化，基本为一常数。对A．60料疲劳裂纹扩展速率的分析表明，其zJKcBF(平均值为4．6MPa·m忱)与疲劳裂纹扩展门槛值(4．3MPa·mm)接近。对两种高速铁路弹条用38Si7弹簧钢进行了超声波疲劳实验，结果表明，夹杂物

4、和基体以相互竞争机制作为疲劳源。当夹杂物比较细小，疲劳裂纹不再从夹杂物处萌生时，组织缺陷就有可能成为疲劳源，使得疲劳起裂于内部基体组织。因此，在控制钢中夹杂物尺寸的同时，还应同时控制钢中的组织缺陷，否则同样难以提高钢的疲劳性能。关键词：弹簧钢；高周疲劳；超高周疲劳：应力场强度因子；疲劳性能钢铁研究总院硕士学位论文ABSTRACTThestudyonveryhighcyclefatiguebehaviorsofhighstrengthsteelshasbeenoneofthemostactiont

5、opicstheseyears．Inthispaper,thefatiguefracturebehaviorofthreeheatscommercialspringsteels60Si2CrVA(D一60，H一60，A-60)andtwohighstrengthspringsteels38Si7(X一38，N一38)fortensionclampwerestudiedbyusingrotatingbartwo·pointbendingfatiguemachineandveryhighfatigu

6、etestandfatiguecrackpropagationratetest．Besidestoinvestigationoffatiguefracturebehavior,emphasiswasgiventotheeffectofinclusiononfatiguefracturebehavior．Thehi曲cycleandveryhighcyclefatiguefracturebehaviorofthreespringsteels60Si2CrVA(D一60，H一60，h-60)wass

7、ignificantdifference,althoughtheiroxygencontentisequalabout10ppm，thesameresultobtainedfromtwohighstrengthspringsteels38Si7(X一38，N一38)whichoxygencontentare6and7ppm．Soestimatethehi曲cycleandveryhighcyclefatiguefracturebehavioroftestedsteelsbyoxygenconte

8、ntisunadvisable．Thehi曲cycleandveryhighcyclefatiguefracturebehaviorofthreespringsteels60Si2CrVAwerestudiedbyusingrotatingbartwo—pointbendingfatiguemachineandultrasonicfatiguetest．Theexperimentalresultsindicatethatfatiguefailuresoriginatedmainlyfromlar