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轴用马氏体钢断裂行为的研究

邹伟龙  
【摘要】: 大型轴系零件使用时承受拉伸、冲击及疲劳等载荷作用,并且常存在应力集中现象,因此轴系锻件常采用高性能的中碳Cr-Ni-Mo系和Cr-Ni-Mo-V系马氏体钢。本论文通过缺口拉伸和冲击试验以及旋转弯曲和扭转疲劳试验,研究新型轴用马氏体钢25CrNi3MoV在不同载荷下的断裂行为及常用轴用马氏体钢18Cr2Ni4W和34CrNiMo的疲劳断裂行为。 1、对25CrNi3MoV钢微观组织观察的结果表明,880℃淬火后25CrNi3MoV钢的原奥氏体晶粒尺寸约为14μm。随着回火温度升高,碳化物析出、长大,马氏体板条界逐渐消失。 2、冲击试验结果表明,25CrNi3MoV钢常温和-30℃低温的U型和V型冲击断口都为韧窝断裂。随着回火温度的升高,冲击功上升,冲击断口附近分层越来越大。常温条件下,25CrNi3MoV钢(S4钢为合金成分下限、S5钢为合金成分上限)在不同回火温度条件下对U型缺口不敏感,冲击功基本相等;而对于V型缺口则在600℃回火时,S4钢的冲击韧性优于S5钢,低温条件下S5钢的冲击韧性优于S4钢,并且U型缺口的冲击韧性好于V型缺口的冲击韧性。 3、缺口拉伸试验表明:应力集中系数随缺口根部半径减小而增大;25CrNi3MoV钢缺口拉伸强度和缺口敏感性随缺口根部半径减小不断增大;起裂位置不在缺口根部表面而在试样内部正应力最大位置处;缺口试样发生断裂的最大正应力与材料的应变强化指数相关;材料的断裂为孔洞断裂形式。 4、旋转弯曲疲劳试验结果表明,抗拉强度大于900MPa时,光滑试样疲劳裂纹主要起源于表面铝氧化物夹杂物;抗拉强度小于900MPa时,疲劳裂纹主要起源于基体。新型轴用马氏体钢25CrNi3MoV钢的旋转弯曲疲劳性能优于商业用34CrNiMo钢和18Cr2Ni4W钢。缺口试样疲劳裂纹起源于表面基体,有多个起裂源。对于光滑试样的旋转弯曲疲劳,疲劳极限与抗拉强度满足经验公式σ_(-1)≈0.5σ_b的关系,而缺口疲劳极限σ_(-1N)≈0.5σ_(-1)。 5、扭转疲劳试验结果表明,扭转疲劳裂纹都起源于内部基体,试样断裂形式为正断型,即韧性断裂。随着抗拉强度的增大,扭转疲劳极限也增大,并有关系式τ_(-1)≈0.5σ_(-1)。


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