汽车用高强度弹簧钢54SiCrV6和54SiCr6 的超高周疲劳行为

研究了54SiCrV6和54SiCr6两种洁净高强弹簧钢的超高周疲劳行为,并利用FESEM和EPMA对疲劳断口进行了观察．实验结果表明,在高应力幅区,两种弹簧钢的疲劳破坏均起源于表面基体;而在低应力幅长寿命区,疲劳开裂均发生在试样内部．54SiCrV6钢的S-N曲线为典型的台阶式曲线,在10^9循环周次内,其疲劳极限消失;而54SiCr6钢存在疲劳极限．疲劳断口分析表明,54SiCrV6钢内部破坏是由钢中小夹杂物聚集引起的,而在54SiCr6钢中则起源于碳化物的偏聚．临界夹杂物尺寸的估算表明,当高强弹簧钢中的夹杂物尺寸大于临界夹杂物尺寸时,其疲劳极限消失．     

中碳高强度弹簧钢NHS1超高周疲劳破坏行为

测试了中碳高强度弹簧钢NHS1的超高周(109 cyc)疲劳破坏行为,并利用FESEM对疲劳断口进行了观察.NHS1钢的S-N曲线呈台阶型,在109 cyc内疲劳极限消失.疲劳断口分析表明,在高应力幅区,实验钢的疲劳破坏主要起源于基体表面;而在低应力幅长寿命区,疲劳破坏主要起裂于试样内部的夹杂物,形成"鱼眼"型断裂.在夹杂物周围存在一个粗糙的粒状亮区(GBF).GBF区边界的应力场强度因子为3.6 MPa·m1/2,与疲劳寿命无关,该值与疲劳裂纹扩展的门槛值相等;"鱼眼"边界的应力场强度因子同样与疲劳寿命无关,约为10.6 MPa·m1/2.     

回火温度对42CrMo钢超高周疲劳行为的影响

利用超声疲劳试验方法研究了不同回火温度对汽车轴用42CrMo调质钢疲劳性能的影响以及其裂纹萌生机理。结果表明,42CrMo调质钢的疲劳S-N曲线在106~109cyc范围内存在平台,490℃回火后109cyc的疲劳极限为600 MPa,520℃回火后109cyc的疲劳极限为550 MPa。SEM断口观察表明42CrMo钢在高应力水平下疲劳裂纹倾向于在表面萌生,应力在疲劳极限附近疲劳裂纹倾向于在内部Al2O3夹杂处萌生,疲劳后材料中的碳化物明显增加。TEM结果显示经过疲劳后屈氏体中板条的尺寸从原始的237 nm降低为138 nm。同时定量分析了夹杂尺寸与疲劳极限和疲劳寿命的关系。     

挤压态镁合金ZK60的超高周疲劳行为

利用超声疲劳实验研究了挤压态镁合金ZK60的超高周疲劳行为.结果表明,合金的疲劳S-N曲线在5×106-108cyc范围内存在一平台,而在108-109cyc范围内,疲劳强度逐渐降低,对应于109cyc的疲劳强度为(90±5)MPa.SEM断口观察表明,在5×106-108cyc范围内,疲劳裂纹基本上萌生于试样表面或亚表面,而在108-109cyc范围内,疲劳裂纹主要萌生于试样内部的非金属夹杂物.通过测定疲劳源区的尺寸,估算的合金疲劳强度与实验结果基本一致.疲劳源的形成是由微裂纹在多个夹杂物处起裂和合并所引起的.因此,合金的疲劳强度不是由最大夹杂物尺寸决定,而是取决于由多个夹杂物组成的"缺陷区"尺寸.通过测定多个部位的"缺陷区"尺寸,可以有效的估算合金的疲劳强度.     

氢对含(Ti,Mo)C析出相的调质钢的超高周疲劳性能的影响

研究了未溶和回火析出的(Ti,Mo)C析出相的氢陷阱作用对调质铬钼钢的超高周疲劳性能的影响.结果表明:球形未溶(Ti,Mo)C析出相的氢解吸附激活能为142.6 kJ/mol,这种强氢陷阱在电化学充氢条件下不会捕获氢;细小的回火(Ti,Mo)C析出相是有效的氢陷阱,其捕获的氢的解吸附激活能为17.0kJ/mol,这部分...     

形变孪晶对50CrV4汽车弹簧钢疲劳性能的影响

利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段对汽车用50CrV4弹簧钢早期疲劳断裂进行了分析。通过对比不同疲劳寿命弹簧钢试样的显微组织结构，探讨了形变孪晶对50CrV4弹簧钢疲劳性能的影响，并分析了50CrV4弹簧钢疲劳断裂的规律。     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能. 结果表明, 超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高, 中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比. SEM断口观察表明, 绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物. 随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅ΔK_inc的减小, 疲劳寿命N_f增加; 而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅ΔK_GBF并不随N_f变化而变化, 基本为一常数, 且粗晶粒试样的ΔK_GBF高于细晶粒试样. 这表明, 细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.     

氢对Zr-4合金在400℃时的低周疲劳性能的影响

用TEM分析了氢在Zr-4合金中存在的形式，用MTS809A／T拉扭试验机（25kN）研究了氢对Zr-4合金在400℃低周疲劳性能的影响。实验中采用对称拉压循环（Rε=εmin／εmax=-1），三角波加载：应变速率为2×10^-3s^-1。研究结果表明：在室温下，氢以艿氢化物的形式存在于Zr-4合金中，艿氢化锆基本与轧面平行；氢含量为240μg／g的Zr-4合金的低周疲劳性能优于无氢Zr-4合金。采用氢致软化机制讨论了氢提高Zr-4合金低周疲劳性能的原因。     

硫对超高强度钢300M高周疲劳性能的影响

对高硫和低硫300M钢的显微组织和力学性能进行了系统研究,重点分析了硫含量对300M钢中夹杂物特征及高周疲劳寿命的影响机理。研究发现,硫含量的增加会大大降低300M钢的高周疲劳寿命。硫含量的增加会提高MnS夹杂物的析出温度及析出数量,提高试样次表层出现大尺寸MnS夹杂物的概率,大大降低高周疲劳裂纹萌生的难度,进而降低300M钢的高周疲劳寿命。     

热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响

对50钢进行了正火 高温回火、中温回火、高温回火三种不同热处理状态的对称拉压超声疲劳试验,同时用扫描电子显微分析技术和X射线能谱分析方法对50钢的疲劳断口形貌进行显微分析,研究其疲劳断裂行为和疲劳断裂机理.结果表明,50钢存在表面和内部两种裂纹萌生机制;在本试验范围内,热处理工艺对50钢超高周疲劳性能的影响较低周和高周为小,随着寿命的增加,影响越来越弱;热处理工艺对50钢不同的疲劳阶段有不同的影响起源于不同的裂纹萌生机制,对常规疲劳性能起改善作用的热处理工艺可能对材料超高周疲劳性能的改善没有太大作用.     

汽车稳定杆用55Cr3弹簧钢的低周疲劳性能

从汽车稳定杆用钢的实际应用需求出发,采用轴向应变控制方法,应变循环比R为-1,试验频率为0.1～1.0 Hz,疲劳试验加载波形为三角波,轴向总应变幅范围设定为0.35％～1.2％,测试了55Cr3弹簧钢低周疲劳性能,并对试验数据进行拟合计算,得到55Cr3弹簧钢的循环应力-应变曲线、应变-寿命曲线和过渡疲劳寿命;通过拟...     

回火温度对60Si2MnA弹簧钢高周疲劳性能的影响

利用旋转弯曲疲劳试验方法,研究了60Si2MnA弹簧钢在400℃和440℃回火后的高周疲劳破坏行为。结果表明,回火温度主要影响60Si2MnA弹簧钢的微观组织及强度从而影响其高周疲劳性能。当回火温度较高而强度水平较低时,疲劳破坏主要起源于试样表面,存在传统的疲劳极限;当回火温度较低而强度水平较高时,疲劳破坏主要起源于内部粗大的夹杂物,S-N曲线连续降低,传统的疲劳极限消失。尽管400℃回火试样的疲劳极限较高,但其疲劳强度比明显低于440℃回火试样。进一步细化钢中的夹杂物,则有望改善较低温度回火样的疲劳性能。     

50CrV4钢垫圈开裂原因分析

采用扫描电镜、能谱分析仪、光学显微镜和火花直读光谱仪等设备,观察和检测了50CrV4钢垫圈失效件的断口形貌、显微组织及化学成分等.检测结果表明,由于垫圈原材料存在成分偏析,碳化物在晶界处偏聚,造成局部应力集中.淬火冷却时,在应力作用下垫圈产生沿晶裂纹,后续使用过程中,裂纹在外力作用下进一步扩展,提前失效.     

50CrVA钢弹簧氢致延迟断裂失效分析

在服役一段时间后发现飞机舱门的50CrVA钢弹簧在螺纹处发生断裂失效,分别对断裂弹簧的断口形貌、显微组织、硬度、氢含量和化学成分进行了测试与分析。结果表明,弹簧发生失效的原因是氢致延迟断裂,断口裂纹源区为沿晶开裂,晶粒表面存在典型氢脆断口的微观形貌特征。调查制造工艺流程发现,该弹簧首次镀镉后镀层存在缺陷,在未除氢的情况下退除镀层并重新电镀,致使基体引入了更多的氢,加上弹簧装配时螺纹处承受了偏斜载荷,促使弹簧在服役过程中加速断裂。对50CrVA弹簧钢进行工艺验证试验,复现了氢致延迟断裂的失效模式。     

热处理对高速列车用51CrV4弹簧钢力学性能的影响

研究了热处理工艺对满足欧洲标准要求的不同直径的高速列车用51CrV4弹簧钢的显微组织及力学性能的影响。研究结果表明,在450~500℃范围内回火后,微观组织均为回火马氏体。随着回火温度的升高,弹簧钢的硬度和强度逐渐下降,塑性和冲击值均略有提高。断口的SEM观察表明,随着回火温度的升高,裂纹的扩展路径更加曲折,表明其塑性逐渐提高。在本文的热处理条件下,不同直径钢弹簧材料的力学性能均能满足EN13298标准要求。     

Influence of heat treatment on mechanical properties of 51CrV4 high strength spring steel

Abstract

The durability of the springs is limited by plastic deformation, fatigue and fracturing. From this point of view, the use of spring steel with following properties is recommended: high ductility and toughness at operation temperatures from ?40°C to +50°C, good hardenability that provides required mechanical properties even at maximum dimensions. For the manufacturers of springs, the information relating to the heat treatment of specific spring steel is important. This paper describes the influence of heat treatment parameters on tensile strength R_m, yield strength R_p0·2, fracture toughness K_Ic, impact toughness, Charpy-V as a function of tempering temperature in the range from 350 to 700°C for a specific austenitising temperature. Also the difference between the properties given by the mathematical modelling of heat treatment using the computer software Hardenability and the properties obtained by testing the heat treated samples are presented.     

喷丸处理对马氏体时效超高强度钢疲劳性能的影响

通过喷丸处理改善固溶+时效态某马氏体时效超高强度钢的疲劳性能。采用成组法和升降法对喷丸前后试样进行应力比R=-1的旋转弯曲疲劳试验,得到喷丸前后试样的疲劳寿命及1×10⁷周次下的疲劳极限,采用双加权最小二乘法拟合喷丸前后试样S-N曲线。采用X射线衍射法测定喷丸后试样残余应力,并结合ANSYS有限元数值分析,研究了喷丸残余应力对某超高强度钢疲劳性能的影响。结果表明:喷丸可显著提高某超高强度钢的疲劳寿命和疲劳极限,喷丸后的疲劳极限约为喷丸前的1.37倍;喷丸后产生的残余应力使疲劳源远离表面,且外载应力越小,疲劳源距离表面越远,寿命提高的效果越明显。