带有疲劳裂纹35CrMo构件电磁热止裂强化

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1、第51卷第4期机械工程学报Vol.51No.42015年2月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGFeb.2015DOI：10.3901/JME.2015.04.066*带有疲劳裂纹的35CrMo构件电磁热止裂强化付宇明郭建龙郑丽娟(燕山大学机械工程学院秦皇岛066004)摘要：利用超强脉冲放电装置对含有疲劳裂纹的35CrMo钢试件进行电磁热止裂试验。放电后裂纹尖端熔化，裂尖钝化成微小的椭圆形，降低了裂尖处的应力集中；对放电后裂尖处的椭圆形钝化区与基体区的化学成分进行对比分析发现：椭圆形钝化区中Mn、Si、Mo质量分数增高，晶粒得到

2、细化，提高了裂纹尖端微小区域内组织的硬度和强度；利用自主研发的多轴加载疲劳试验机对放电前后试件进行三点弯曲疲劳寿命测试，结果表明，经过电磁热止裂强化后的试件，疲劳寿命得到提高，较未放电的试件平均寿命提高了13%；采用热-电耦合的数值分析方法模拟求得放电瞬间裂纹尖端处的温度场；通过理论计算脉冲放电瞬间裂尖处微小区域的应变能密度因子，由于电热应力强度因子的作用，降低了裂尖处的应变能密度因子，有效阻止了裂纹的继续扩展，为电磁热止裂技术的应用奠定基础。关键词：疲劳裂纹；电磁热；止裂；35CrMo；应变能密度因子中图分类号：O346CrackArrestof35C

3、rMoComponentwithFatigueCrackbyElectromagneticHeatingFUYumingGUOJianlongZHENGLijuan(SchoolofMechanicalEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004)Abstract：Aspecimenof35CrMowithfatiguecrackisusedtoperformelectromagneticheatingcrackarrestexperimentusingaself-madeZL-2superpulsecu

4、rrentgenerationequipment.Thecracktipmeltedafterdischarging,andthecracktipmeltintoatinyellipse,reducingthestressconcentration.Comparingchemicalingredientintheovalregionnearcracktipwiththebasematerialaftercrackarresting,thecontentofMn,Si,Moraises,andthegrainsarerefine,increasingthe

5、hardnessandstrengthofmaterialsaroundthecracktip.Specimensbeforeandafterdischargingaretestedbymultiaxialloadfatiguetestingmachineunderthree-pointbendingfatigueload,andtheresultsshowthattheaveragefatiguelifeofspecimensafterdischargeareincreasedby13%.Basedonthecoupledthermal-electri

6、caltheory,anumericalsimulationmethodisproposedtostudythetemperaturefield.Thestrainenergydensityfactorinthesmallregionaroundcracktipistheoreticallycalculated.Becauseoftheelectrothermalstressintensityfactor,thestrainenergydensityfactorisreducedthatpreventthecracksexpanding,andlayst

7、hefoundationfortheapplicationofelectromagneticthermalarresttechniques.Keywords：fatiguecrack；electromagneticheating；crackarrest；35CrMo；strainenergydensityfactor件进行裂纹止裂，进而提高其服役寿命和安全性就*0前言显得非常必要。利用电磁热效应实现金属构件裂纹止裂是一[1][2]金属模具、各种管道、叶片、重要的轴类零件种新兴的非平衡处理与再制造技术。张洪潮等等实际工程中重要的金属构件不同程度地存在着裂利

8、用电磁场的热效应对再制造毛坯进行裂纹止裂，纹、夹杂、孔洞等缺陷，并且裂纹源通常与