基于裂纹萌生和扩展的渗氮钢疲劳寿命预测

以渗氮CrNiW钢的光滑试样和两种缺口试样为研究对象,开展超高周疲劳试验.观察渗氮CrNiW钢的疲劳断口显微组织,分析S-N曲线特性及失效机理,基于裂纹萌生模型和裂纹扩展模型计算渗氮CrNiW钢的萌生和扩展寿命,结合裂纹萌生和扩展寿命计算总疲劳寿命.结果表明:随应力集中系数增加,ΔKFGA小幅降低,ΔKfish-eye减小明显;应力幅值较低时,裂纹萌生寿命占总疲劳寿命的比例很高,裂纹扩展寿命占比很低,基本可忽略;模型预测的总疲劳寿命与试验结果较接近,除个别数据点外,预测结果均在2倍偏差内,预测较准确.     

缺口对渗氮CrNiW钢超高周疲劳特性的影响

 为了研究缺口敏感性对渗氮CrNiW钢疲劳特性的影响,设计了一种光滑试样和两种缺口试样(应力集中系数K_t=1.20、1.55),开展了渗氮CrNiW钢的超高周疲劳试验,使用SEM观测疲劳断口的微观结构,分析了疲劳缺口系数K_f、疲劳敏感系数q和循环周次N_f之间的关系。结果表明,渗氮对钢材疲劳性能的提升不大,光滑试样和K_t=1.20的缺口试样存在表面和内部两种起裂模式,诱发内部起裂的缺陷均位于内部非渗氮区,K_t=1.55时发现一种新的渗氮层内不均匀基体组织诱发的失效模式。光滑试样未出现双重S-N特性,K_t=1.20时S-N曲线出现表面与内部起裂双重S-N特性,K_t=1.55时出现短寿命区和超高周寿命区表面起裂双重S-N特性。随着K_t的增大,多个内部缺陷同时萌生裂纹的现象被单裂纹源诱发失效的现象取代,并且诱发失效的内部缺陷位置呈现向试样表面靠近的趋势,鱼眼形状呈近似横向扁形→圆形→纵向椭圆形变化。缺口应力集中对表面起裂疲劳寿命影响较大,对内部起裂疲劳寿命影响很小。     

渗碳Cr-Mn钢的夹杂分布特性及疲劳强度预测

开展渗碳Cr-Mn钢的超长寿命疲劳试验,用扫描电镜观测钢中夹杂物分布、数量及尺寸.基于4种统计方法(SEV,GEV,GPD,EXPGPD)分析渗碳Cr-Mn钢的夹杂尺寸,构建基于内部夹杂尺寸的S-N曲线预测模型.结果表明:预测的特征夹杂尺寸从大到小:EXPGPD、SEV、GPD和GEV,相比从疲劳断口测量的夹杂尺寸,4种方法计算夹杂尺寸偏小.基于构建模型,结合从断口获得的均值夹杂尺寸,预测的S-N曲线可作为中值S-N曲线,预测结果较好.