中间回火对钢疲劳寿命的影响(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)天田连云港机械有限公司 作者:关庆敏

  机械零件通常在其精加工之前,通过及时回火可以调整其力学性能,如降低脆性,调整硬度,提高韧性,延长疲劳寿命。而在零件使用过程中若能进行回火(称为中间回火) ,能否使零件早期产生的疲劳损伤得以恢复,进而延长疲劳寿命,尚缺少研究。本文试图通过试验,对钢在使用过程中进行中间回火,研究其疲劳寿命的变化。

1、试验材料及方法

  试验材料为45、40Cr钢,经调质处理。材料的化学成分、力学性能如表1、表2所示。

表1  研究用钢的化学成分(质量分数, % )

研究用钢的化学成分 

表2 研究用钢的力学性能

研究用钢的力学性能 

  试样采用漏斗形光滑标准试样,用旋转疲劳弯曲试验机进行试验,转速为500 r/min, r = - 1。取45钢常幅应力σa = 388 MPa, Nf = 236700次; 40Cr钢常幅应力σa =431MPa,Nf = 300833次。分别取其疲劳寿命的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%时中止试验(对45钢只选取10%、40%、90%分析) 。经中间600 ℃回火后继续疲劳试验直至断裂。用扫描电镜和透射电镜观察显微组织,用HX2200型显微硬度仪测量显微硬度,荷重100 g。

2、结果及分析

2.1、显微硬度

  45钢试样中间回火前显微硬度沿截面径向分布的曲线如图1所示,其显微硬度分布很不均匀。在疲劳损伤产生和发展过程中,内部硬度分布不均匀性必然导致局部的应力集中,而应力集中则会加速材料性能的劣化,加快局部的范性形变。45钢试样中间回火后显微硬度沿截面径向分布的曲线如图2所示,经过中间回火,其显微硬度分布比较均匀,且在不同循环周次时中间回火后的显微硬度分布趋于有序化。这说明中间回火改变了试样截面的硬度分布,使硬度分布更加均匀,降低了硬度不均导致的应力集中,延长了材料的疲劳寿命。

  当工作时间为原寿命的40%时,显微硬度提高幅度最大。

45钢试样中间回火前显微硬度沿截面径向分布 

图1 45钢试样中间回火前显微硬度沿截面径向分布

45钢试样中间回火后显微硬度沿截面径向分布 

图2 45钢试样中间回火后显微硬度沿截面径向分布

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