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夾雜物對(duì)高強(qiáng)鋼超高周疲勞行為影響研究獲進(jìn)展

放大字體??縮小字體 發(fā)布日期:2012-08-10
核心提示:從沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室獲悉,該實(shí)驗(yàn)室材料疲勞與斷裂研究部研究員李守新等人通過實(shí)驗(yàn)證實(shí),對(duì)一些商業(yè)用高強(qiáng)鋼,通過改進(jìn)冶煉水平,將夾雜物平均尺寸減小一半,可使其疲勞壽命提高100倍,疲勞強(qiáng)度提高10%,從而系統(tǒng)揭示了夾雜物對(duì)高強(qiáng)鋼超高周疲勞行為的影響機(jī)制。

從沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室獲悉,該實(shí)驗(yàn)室材料疲勞與斷裂研究部研究員李守新等人通過實(shí)驗(yàn)證實(shí),對(duì)一些商業(yè)用高強(qiáng)鋼,通過改進(jìn)冶煉水平,將夾雜物平均尺寸減小一半,可使其疲勞壽命提高100倍,疲勞強(qiáng)度提高10%,從而系統(tǒng)揭示了夾雜物對(duì)高強(qiáng)鋼超高周疲勞行為的影響機(jī)制。相關(guān)成果日前發(fā)表在《國際材料評(píng)論》期刊上。

材料斷裂破壞常突然發(fā)生,并容易導(dǎo)致災(zāi)難性的設(shè)備事故和人身事故。因此,斷裂破壞一直為工程界所重視。在機(jī)械的斷裂事故中,絕大部分是由鋼的疲勞引起。而統(tǒng)計(jì)表明,高強(qiáng)鋼超高周疲勞斷裂絕大多數(shù)是由內(nèi)部缺陷特別是夾雜物引起的。因此,對(duì)于航空、航天、汽車、高速列車、輪船和核電等工業(yè)中的一些承受超高周載荷的重要結(jié)構(gòu)件高強(qiáng)鋼而言,了解其疲勞性能意義重大。

李守新等通過研究證實(shí),彈簧鋼、軸承鋼等高強(qiáng)鋼在超高周疲勞(應(yīng)力循環(huán)次數(shù)一般在107~109周)條件下,大尺寸夾雜對(duì)疲勞危害很大,而小尺寸夾雜對(duì)疲勞的危害很小,甚至對(duì)某些力學(xué)性能產(chǎn)生有益影響。對(duì)于一些高強(qiáng)鋼,在高周疲勞情況下(應(yīng)力循環(huán)次數(shù)105~107周),夾雜物的臨界尺寸約在6~10微米,而在超高周疲勞情況下,夾雜物的臨界尺寸約在3~5微米。研究還表明,臨界夾雜尺寸隨強(qiáng)度的提高而趨向偏小的值。

此外,研究還發(fā)現(xiàn)氫含量1ppm(百萬分率)以上將顯著降低高強(qiáng)鋼的疲勞強(qiáng)度,氫含量在2ppm時(shí)疲勞強(qiáng)度可能下降到原來的70%,并從數(shù)學(xué)上確定了氫對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響因子。

研究人員表示,利用相關(guān)科學(xué)方法可以根據(jù)金相試樣上觀察到的多個(gè)夾雜物尺寸,預(yù)測(cè)不同體積鋼中最大夾雜物的尺寸,再結(jié)合高強(qiáng)鋼中的氫含量,就可以對(duì)高強(qiáng)鋼的疲勞性能進(jìn)行評(píng)估,這在工業(yè)應(yīng)用上具有重要意義。

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