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随着汽车,航空,铁路,桥梁等工业的快速发展,对机械用高强钢的疲劳性能提出了更高的要求,其中疲劳强度的研究一直是疲劳工作的重点。影响材料疲劳强度的因素很多,本文从应用研究的意义出发,选取了循环加载方式和焊接残余应力这两个方面作为研究高强钢疲劳强度的影响因素。循环加载方式对疲劳强度影响的研究,主要是针对超声疲劳技术在疲劳研究中的可靠性及与其它疲劳方式获得的疲劳强度的可比性。近年来,超声疲劳技术在超高周疲劳中的日益广泛应用,体现出巨大的优势,然而由于其加载方式与传统疲劳不同,需要检验其可靠性。另外,其它方法测定的疲劳强度已经有很多,与超声疲劳实验结果以及互相之间的可比性如何也是令人关心的。焊接技术的应用非常广泛,高强钢焊接残余应力对疲劳强度影响的研究是非常必要的。针对超声波冲击技术在改善焊接结构应力分布中的应用,需要考察其在消除残余应力以及提高疲劳强度方面的作用。
采用两种高强弹簧钢54SiCr6(一种为商用钢,另一种为洁净钢)在旋转弯曲、超声和拉压3种循环加载条件下的疲劳性能进行了测试和比较。由于疲劳试样存在应力梯度和尺寸差异,3种循环载荷下的疲劳强度存在较大差别,其中旋转弯曲最高,超声疲劳次之,拉压疲劳最低。通过计算临界夹杂尺寸,由于两种高强弹簧钢54SiCr6洁净度的差别,造成了疲劳裂纹源的不同;另外,3种加载方式下的疲劳扫描断口呈现不同的断口形貌。通过查阅的相关文献,发现频率效应在高强钢超声疲劳中影响较小,而主要的差别是试样尺寸和应力梯度不同造成了疲劳强度的不同,而计算高应力截面积可以得到不同加载条件下的疲劳强度之间的定量关系,从而为评估高强钢超声疲劳与传统疲劳方式下的疲劳强度提供了依据。
对低合金高强钢AISI4330焊接接头的疲劳强度进行了研究。采用一种新的焊后处理工艺(超声波冲击工艺)冲击焊趾部位(包括热影响区),然后进行对称拉压疲劳实验,比较其疲劳强度改善情况,结果表明,循环200万周条件下,冲击后试样的疲劳强度是原始试样的2.5倍。断口分析表明,裂纹萌生位置均为试样表面,焊道与基体的界面对裂纹扩展起主要作用,界面两侧材料的组织不均匀性是导致裂纹扩展形貌不同的主要原因。残余应力对比分析结果显示,焊接残余拉应力经超声冲击后转化为残余压应力,是疲劳强度显著提高的主要原因;另外,超声冲击还改变了疲劳S-N曲线的斜率,使得在不同应力下疲劳强度的改善情况有所不同,在低应力下高周疲劳强度的提高将更加明显。