低铬合金钢的超高周疲劳行为和裂纹扩展路径分析.pdf

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1、第4_4卷第5期四川大学学报(工程科学版)V01．44No．52012年9月JOURNALOFSICHUANUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Sept．2012文章编号：1009—3087(2012)05-0195-05低铬合金钢的超高周疲劳行为和裂纹扩展路径分析黄志勇，王清远(四川大学建筑与环境学院，四川成都610065)摘要：SAE5120钢是汽车行业中齿轮构件使用的材料，其实际使用循环数超过了l0’。研究经过热处理、普通渗碳或表面低压渗碳处理后的低铬合金钢的超高周

2、疲劳行为，应用压电超声疲劳试验机(20kHz，应力比R=0．1)完成超高周疲劳试验，并获得处理后材料的超高周疲劳行为。通过对表面渗碳处理后试件断口的裂纹扩展路径分析，研究材料表面渗碳处理、微观结构、与杂质有关的裂纹萌生及断裂机理，根据高倍扫描电镜的裂纹条纹测量和应力强度因子计算对Paris公式的参数进行了估计。关键词：超高周疲劳；高强度钢；低压渗碳；微观结构中图分类号：0346．1文献标志码：AVHCFBehaviorandCrackPathAnalysisforLowChromiumAlloySteelHU

3、ANGZhi—yong，WANGQing-yu~l't(SchoolofArchitectureandEnviroment，SichuanUniv．，Chengdu610065，China)Abstract：SAE5120isamobilegearcomponentmaterialintheautomobileindustryofUSA，anditsservicecyclesarebeyond10．Apiezoelectricgigaeyclefatiguemachineisemployedtodofatig

4、uetestsinVHCFregimeintheconditionof20kHzfrequency，stressratioR=0．1．androomtemperature．eefectsofheatandearburizingandlowpressurecarburizingtreatmenttoVHCFfatiguestrengthwereinvestigated．Moreover，thescanningelectronmicroscopy(SEM)observationoffractureSurfacew

5、asanalyzedtoinvestigatethemechanismoffracturerelatedtosurfacetreatments，microstructureandinclusion．ThelongcrackpropagationbehaviourwasdescribedbytheParisequationandparametersofthemodelwereevaluatedbythecrackstriationspacingofthehighmagnificationSEMphotos．Ke

6、ywords：gigacyclefatigue；highstrengthsteel；lowpressurecarbonizedprocess；microstructure汽车构件如轴、齿轮等构件实际使用寿命周数发生于试件内部也可能位于试件表面的一处。当疲高达10周。很多工程实例表明，循环数超过10劳寿命的循环周数小于10，萌生点位于试件表面；周，将存在疲劳失效情况。实际工业构件和结构的而循环周数大于10，裂纹萌生于试件内部的材料疲劳寿命需要超过1O循环周数的应力一寿命(S一夹杂和其他缺陷；循环周数处在10～1

7、O之间，疲Ⅳ)设计曲线。超高周疲劳机(压电疲劳机)的频率劳裂纹萌生为内部或表面相竞争。能够达到2×10～3×10Hz⋯，可以在合理的试验淬火热处理能有效提高材料的硬度和疲劳强时间内达到10或更高周数。试验结果曾发现，度，表面渗碳处理能提高材料表面的硬度从而增加存在超过10循环周数以上的断裂失效。其耐磨性。这2种工艺经常应用于工业齿轮构件制表面光滑试件的裂纹萌生机理在低周，高周和造中。热处理、表面处理工艺对材料的超高周疲劳超高周疲劳试验中的表现形式有所不同。低周疲劳行为产生较大影响。在试件表面产生多处裂纹萌生点

8、；高周疲劳裂纹通Bathias和Paris提出超高周裂纹扩展模型，描常发生在试件表面的某一个点；超高周疲劳裂纹萌述了表面裂纹和内部裂纹的扩展规律。鉴于表面渗生点的位置取决于疲劳寿命的循环周数，既可能碳处理后超高周疲劳裂纹的扩展受到渗碳层的影响，作者根据断口扫描分析，对疲劳裂纹扩展区从形收稿日期：2012—05—04态上进行分析，确定超高周疲劳(20kHz)试验的裂基金项目：国家自然科学基金资助项目(