SUJ2轴承钢超声疲劳GBF内裂纹扩展规律

利用超声疲劳低-高应力两步变幅加载技术研究了JIS SUJ2高强轴承钢疲劳断口上GBF(granular bright facet)内裂纹萌生与扩展规律。结果表明,随外加应力幅增加GBF尺寸减小,固定应力幅下的GBF尺寸为恒定值,与夹杂物尺寸无关;且在固定应力幅下,N f∝A槡inc-8,疲劳寿命N f随着夹杂物尺寸的增加而降低。研究表明,GBF形成于疲劳初期(在105周次左右,相应于小于1%的总寿命),随循环周次的增加,GBF尺寸基本不增加,直至接近最终疲劳寿命时(超过90%总寿命)GBF裂纹快速扩展直到最终尺寸。

不同加载频率下GCr15钢超高周疲劳行为的研究

分别采用常规和超声疲劳的试验方法,结合断裂力学理论以及FRASTA仿真,开展了GCr15钢超高周疲劳破坏行为的研究。结果表明,根据裂纹萌生位置的不同,疲劳破坏分为表面和内部破坏两种,其中内部破坏伴有granular bright facet(GBF)现象的产生,整个内部裂纹具有"Fish-eye"形貌特征。材料的疲劳S-N曲线呈现持续下降的趋势,ΔKGBF(4～4.2MPa·m1/2)是控制内部裂纹扩展的临界参数,超声疲劳试验提高了材料的疲劳强度,高强度钢的超高周疲劳行为的研究应采用常规试验为主,超声为辅的试验方法。

一种高强汽车弹簧用钢的超高周疲劳研究

采用超声疲劳试验技术对一种高强汽车弹簧用钢进行了超高周疲劳试验。采用扫描电镜对失效试样进行断口分析，并对断口特征区域尺寸进行了测量。结果表明：在0～10°循环周次内失效的试样断口起源萌生于试样表面；而在10°～10°循环周次内失效的试样断口萌生于试样次表面或内部，且断口呈现鱼眼状特征，随着夹杂物处应力强度因子幅的减小，疲劳寿命增加；而粒状亮面处的应力强度因子幅并不随寿命变化而明显变化，基本为一常数。弹簧钢的超高周疲劳s—N曲线呈现二次下降型特性，其S—N曲线的形态特征跟试样夹杂物尺寸密切相关。

20kHz和140Hz下高强汽车弹簧用钢的疲劳性能

对一种高强汽车弹簧用钢分别进行了常规疲劳和超高周疲劳试验。常规疲劳试验频率为140Hz,超高周疲劳试验频率为20kHz。采用扫描电镜分别对失效试样进行断口扫描分析。结果表明,140Hz和20kHz下的疲劳断口表现出相似的特征,在106循环周次内失效的试样断口起源萌生于试样表面;而高周和超高周疲劳试样断口起裂于试样次表面或内部,且断口呈现"鱼眼"状特征。另外,超高周疲劳断口裂纹源周围存在粒状亮面特征区。弹簧钢的超高周疲劳S/N曲线呈现二次下降型特性,其S/N曲线的形态特征跟试样夹杂物尺寸密切相关。140Hz得到的疲劳试验结果与20kHz下的超高周疲劳试验结果有着明显的偏差,弹簧钢频率效应明显。

Influence of Hydrogen on GBF in Very High Cycle Fatigue of High Strength Steel

The relationship of hydrogen, GBF （granular bright facet） and very high cycle fatigue properties of high strength spring steels 60Si2CrV with three different hydrogen contents were studied using hydrogen thermal desorp- tion analysis and ultrasonic fatigue test. The results showed that the influence of hydrogen on the relationship between fatigue life and the ratio of GBF to inclusion size was obvious, and the expression between fatigue life and with different hydrogen contents can also be obtained. In addition, based on the research of hydrogen diffusion and GBF, it was explained why the GBF cannot form below 106 cycles. At last, the estimated critical fa tigue life of GBF formation can be expressed accurately.