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贝氏体钢轨超高周疲劳行为的研究

张宝祥  
【摘要】:本论文以Mn-Si-Cr系列贝/马复相高强钢为研究对象,利用超声疲劳试验机研究了三种不同热处理工艺对实验钢超高周疲劳行为的影响。着重探讨了不同组织类型对超高周疲劳S-N曲线、疲劳断口、断裂机理和裂纹扩展行为的影响。 本文根据热膨胀仪所测定的实验钢的奥氏体化温度Ac1、Ac3和CCT、TTT曲线,分析不同冷却速率和等温温度对材料微观组织的影响,并制定疲劳试样的热处理工艺。研究表明该材料具有良好的贝氏体淬透性,随着冷速的增加,微观组织由粒状贝氏体逐渐转变为针状贝氏体/马氏体复相组织。 三种不同热处理工艺中,GG1和GG2试样所获得的针状贝氏体/马氏体复相组织具有良好的强韧性匹配,在超高周疲劳阶段(Nf5×108),二者都有较高的疲劳强度,且疲劳裂纹均在高应力状态下萌生于试样表面基体组织。GG3试样的显微组织主要为粒状贝氏体、马氏体和块状残余奥氏体,其抗拉强度相对较低,塑性较高。但是,在超高周疲劳阶段(Nf5×108), GG3试样的疲劳强度相对较低,疲劳裂纹在高周和超高周阶段均萌生于试样内部基体组织。研究还发现,贝/马复相钢的基体组织与夹杂物的相容性较好,其临界夹杂物尺寸显著高于回火马氏体。 本文所获得不同类型的贝/马复相钢具有精细的组织结构,显微组织中残余奥氏体与贝/马复相组织的配合,可以显著提高材料的疲劳门槛值△Kth,降低疲劳裂纹扩展速率da/dN。研究表明针状贝氏体/马氏体复相组织比粒状贝氏体/马氏体复相组织具有更高的疲劳门槛值△Kth。


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