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SUJ2軸承鋼（化學(xué)成分）超聲疲勞GBF內(nèi)裂紋擴(kuò)展規(guī)律
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.bt990.com.cn
更新時間：2015-01-10
SUJ2軸承鋼（化學(xué)成分）超聲疲勞GBF內(nèi)裂紋擴(kuò)展規(guī)律
隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，一些重要工程部件，如發(fā)動機(jī)部件，往往承受高頻低應(yīng)力幅循環(huán)載荷作用，實際的疲勞使用壽命要求超過107周次，甚至達(dá)到1010周次。目前我國高速軌道交通的輪軸系統(tǒng)一年經(jīng)歷約108周次的循環(huán)載荷。因此，傳統(tǒng)材料的疲勞性能已不能滿足發(fā)展的需要，急需研究承受超高周疲勞（超過107循環(huán)周次）的材料。在超高周疲勞過程中，疲勞裂紋通常從高強(qiáng)度鋼內(nèi)部非金屬夾雜物處萌生。在夾雜物的周圍存在一個襯度不同的粗糙區(qū)，在光學(xué)顯微鏡下觀察，該區(qū)域為一暗區(qū)且存在顆粒，呈現(xiàn)顆粒明亮（GBF）特征，這種特征是控制高強(qiáng)鋼超長壽命疲勞的一個關(guān)鍵因素。為此，本次試驗以JIS-SUJ2軸承鋼為研究對象，從GBF尺寸與應(yīng)力幅、夾雜物尺寸與疲勞壽命的關(guān)系這一角度來研究GBF內(nèi)裂紋擴(kuò)展規(guī)律。
實驗材料為JIS-SUJ2高強(qiáng)度軸承鋼，初始狀態(tài)為Φ16mm的棒材，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：C0.98，Si0.29，Mn0.36，Cr1.60，Cu0.10，Ni0.057，Mo0.0039，P0.0039，S0.003，V0.017，F(xiàn)e余量。將原始棒材粗加工為標(biāo)準(zhǔn)的拉伸和超聲疲勞樣品，并留出一定的加工余量。粗加工后進(jìn)行熱處理，其工藝為：加熱到860℃保溫20min油淬，再經(jīng)180℃回火保溫2h后空冷。熱處理后SUJ2的硬度值為HV1：7703～8075MPa，平均值為7909MPa。試驗前依次用800，1000，1200號砂紙對試樣中間部分進(jìn)行最終研磨拋光處理，盡量減小表面加工痕跡對實驗的影響。
疲勞實驗在島津USF-2000超聲疲勞實驗機(jī)上進(jìn)行，共振頻率為20kHz，共振間歇時間比為150ms∶150ms，載荷比R=-1，實驗時采用壓縮空氣冷卻，實驗環(huán)境為室溫，對于未斷樣品的最大循環(huán)周次為1×109。拉伸試驗在WinWDW-300E萬能試驗機(jī)上進(jìn)行，拉伸位移速率為3mm/min。疲勞斷口在ZEISS?SUPRA55熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）上進(jìn)行觀察，用能譜儀分析裂紋源區(qū)化學(xué)成分。利用低-高應(yīng)力兩步變幅加載技術(shù)研究GBF內(nèi)的裂紋萌生與擴(kuò)展規(guī)律。結(jié)果表明：
（1）SUJ2軸承鋼中GBF尺寸隨著外加應(yīng)力幅增加而降低，在一給定應(yīng)力幅下（740、780和820MPa）的GBF尺寸為一恒定值與夾雜物尺寸無關(guān)；在一給定應(yīng)力幅下的疲勞壽命與夾雜物尺寸的-8次方成正比，疲勞壽命隨著夾雜物尺寸的增加而降低。
（2）在一給定應(yīng)力幅下（740、780和820MPa），GBF出現(xiàn)在疲勞初期，隨循環(huán)周次增加GBF尺寸基本不再增加，直到接近最終疲勞壽命時GBF裂紋快速擴(kuò)展直到最終尺寸。
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