中间回火对钢疲劳寿命的影响

2009-07-02 关庆敏 天田连云港机械有限公司

  机(ji)械零件(jian)通(tong)常在其精(jing)加工之前(qian),通(tong)过(guo)(guo)及时回火(huo)可以调整其力学性能,如降低脆性,调整硬度,提高韧性,延(yan)长(zhang)疲(pi)劳(lao)寿命。而在零件(jian)使(shi)(shi)用过(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)若(ruo)能进行回火(huo)(称为中(zhong)(zhong)间(jian)回火(huo)) ,能否使(shi)(shi)零件(jian)早期(qi)产(chan)生的(de)疲(pi)劳(lao)损伤得以恢复,进而延(yan)长(zhang)疲(pi)劳(lao)寿命,尚缺少研究(jiu)。本文试图通(tong)过(guo)(guo)试验,对(dui)钢(gang)在使(shi)(shi)用过(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)进行中(zhong)(zhong)间(jian)回火(huo),研究(jiu)其疲(pi)劳(lao)寿命的(de)变(bian)化。

1、试验材料及方法

  试验材料(liao)为45、40Cr钢(gang),经调质(zhi)处理。材料(liao)的(de)化学成分、力(li)学性能(neng)如表1、表2所示。

表(biao)1  研究用钢的化(hua)学成分(质(zhi)量分数, % )

研究用钢的化学成分 

表2 研究用钢的力学性(xing)能(neng)

研究用钢的力学性能 

  试(shi)样(yang)采用(yong)(yong)漏斗形(xing)光滑标准试(shi)样(yang),用(yong)(yong)旋转(zhuan)疲劳(lao)(lao)弯曲试(shi)验(yan)机进行试(shi)验(yan),转(zhuan)速(su)为500 r/min, r = - 1。取45钢常幅(fu)应力σa = 388 MPa, Nf = 236700次; 40Cr钢常幅(fu)应力σa =431MPa,Nf = 300833次。分(fen)别取其疲劳(lao)(lao)寿命的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%时中止试(shi)验(yan)(对45钢只选取10%、40%、90%分(fen)析) 。经中间600 ℃回火(huo)后继续疲劳(lao)(lao)试(shi)验(yan)直(zhi)至断裂。用(yong)(yong)扫(sao)描电镜和透射(she)电镜观察显(xian)微(wei)组织,用(yong)(yong)HX2200型显(xian)微(wei)硬(ying)度(du)仪测量显(xian)微(wei)硬(ying)度(du),荷重100 g。

2、结果及分析

2.1、显微硬度

  45钢试(shi)样(yang)中(zhong)(zhong)间回火前显(xian)微(wei)(wei)(wei)硬(ying)度沿截(jie)(jie)面径(jing)向分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)的(de)(de)曲(qu)线如图1所示,其(qi)显(xian)微(wei)(wei)(wei)硬(ying)度分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)很不(bu)均(jun)匀。在(zai)疲劳损(sun)伤产生和发展(zhan)过程中(zhong)(zhong),内(nei)部(bu)硬(ying)度分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)不(bu)均(jun)匀性必然导致(zhi)局部(bu)的(de)(de)应(ying)力集中(zhong)(zhong),而应(ying)力集中(zhong)(zhong)则会加速材料性能的(de)(de)劣化,加快局部(bu)的(de)(de)范性形变(bian)。45钢试(shi)样(yang)中(zhong)(zhong)间回火后(hou)显(xian)微(wei)(wei)(wei)硬(ying)度沿截(jie)(jie)面径(jing)向分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)的(de)(de)曲(qu)线如图2所示,经(jing)过中(zhong)(zhong)间回火,其(qi)显(xian)微(wei)(wei)(wei)硬(ying)度分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)比较均(jun)匀,且在(zai)不(bu)同循环周(zhou)次时中(zhong)(zhong)间回火后(hou)的(de)(de)显(xian)微(wei)(wei)(wei)硬(ying)度分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)趋于(yu)有序化。这(zhei)说明中(zhong)(zhong)间回火改变(bian)了(le)试(shi)样(yang)截(jie)(jie)面的(de)(de)硬(ying)度分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu),使硬(ying)度分(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)更加均(jun)匀,降低了(le)硬(ying)度不(bu)均(jun)导致(zhi)的(de)(de)应(ying)力集中(zhong)(zhong),延长了(le)材料的(de)(de)疲劳寿命。

  当工(gong)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(tu)1 45钢试样中间回火前显(xian)微硬度沿(yan)截(jie)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(tu)2 45钢试样中(zhong)间回火(huo)后显微硬度(du)沿截面径向(xiang)分(fen)布