低合金雙相耐磨鋼疲勞性能的研究.pdf

1、低合金雙相耐磨鋼是目前國(guó)內(nèi)外廣泛研究的一種新型耐磨材料，通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分、熱處理工藝及鑄造工藝等因素，獲得不同含量馬氏體(M)-貝氏體(B)，滿足不同磨損情況下對(duì)材料強(qiáng)度、耐磨性的要求，克服了高錳鋼應(yīng)用上的不足。
　　本文研究以Si、Mn為主要合金元素的高強(qiáng)韌雙相耐磨鋼，其強(qiáng)度、硬度、及耐磨性能明顯高于普通高錳鋼(Mn13)，但延伸率低于高錳鋼。坦克、裝甲車(chē)輛履帶板要求強(qiáng)度和硬度高，耐磨性好，同時(shí)要保證履帶板使用安全，不斷裂。履帶

2、板處于周期性交變載荷作用，反復(fù)受到拉壓、彎曲應(yīng)力作用，履帶板易產(chǎn)生疲勞裂紋。因此，研究低合金雙相耐磨鋼的疲勞行為及其影響因素，并與高錳鋼進(jìn)行對(duì)比，具有重要意義。通常材料強(qiáng)度越高，脆性越大，越容易導(dǎo)致疲勞裂紋產(chǎn)生，相反，塑性較好的材料不易產(chǎn)生疲勞斷裂。本文在低合金雙相耐磨鋼力學(xué)性能及耐磨性能基礎(chǔ)上，對(duì)其疲勞性能進(jìn)行研究。以履帶板常用材料高錳鋼作為對(duì)比材料，研究了以下幾方面內(nèi)容:
　　1、用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法測(cè)定雙相鋼和高錳鋼在10

3、4～107循環(huán)周次范圍內(nèi)的疲勞壽命S-N曲線，結(jié)合掃描電鏡斷口顯微分析，研究雙相鋼和高錳鋼在不同應(yīng)力循環(huán)條件下疲勞斷裂機(jī)制。
　　2、通過(guò)對(duì)雙相鋼和普通高錳鋼缺口試樣在104～107循環(huán)周次范圍內(nèi)的疲勞壽命S-N曲線測(cè)定，研究缺口應(yīng)力集中對(duì)材料疲勞性能的影響。
　　3、采用三點(diǎn)彎曲疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)方法測(cè)定疲勞裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度之間的關(guān)系曲線，得出雙相鋼及鉻鉬合金化高錳鋼的Paris參考公式及疲勞裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值。并

4、根據(jù)試樣宏觀斷口形貌，分析了材料疲勞應(yīng)力與疲勞斷口的關(guān)系，對(duì)比分析了雙相鋼和普通高錳鋼的疲勞特點(diǎn)，研究了鉻鉬合金化對(duì)高錳鋼疲勞性能影響。
　　綜合分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)論:
　　1、鑄造雙相耐磨鋼的勞極限為300MPa;普通鑄造高錳鋼的疲勞極限為250MPa;鉻鉬合金化高錳鋼的疲勞極限為240MPa。鑄造雙相耐磨鋼疲勞極限高于普通高錳鋼和鉻鉬合金化高錳鋼。
　　在高應(yīng)力下，雙相鋼疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)沒(méi)有明顯疲勞輝紋，斷口為

5、具有韌窩和撕裂的混合型斷裂;低應(yīng)力下，疲勞輝紋明顯，斷口為具有網(wǎng)狀韌窩的韌性斷裂。對(duì)于塑性很好的高錳鋼，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)可見(jiàn)明顯疲勞輝紋，在與鑄造雙相鋼同應(yīng)力水平下，其斷口為準(zhǔn)解理型脆性斷裂。由于雙相鋼疲勞極限高于高錳鋼，裂紋萌生門(mén)檻值高于高錳鋼，所以其疲勞性能也高于高錳鋼，可以保證雙相鋼履帶板安全使用。
　　2、鑄造雙相耐磨鋼缺口試樣的疲勞極限為280MPa，普通高錳鋼缺口試樣疲勞極限為180MPa。鑄造雙相鋼疲勞缺口應(yīng)力集中系數(shù)

6、為1.071;缺口敏感度為0.08。普通高錳鋼疲勞缺口應(yīng)力集中系數(shù)為1.39;缺口敏感度為0.486。鑄造雙相鋼的疲勞缺口應(yīng)力集中系數(shù)和缺口敏感度均低于高錳鋼。
　　3、高錳鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率比雙相鋼慢，但隨著裂紋前端應(yīng)力強(qiáng)度增加，高錳鋼的裂紋擴(kuò)展速度更快。鑄造雙相鋼和鉻鉬合金化高錳鋼的Paris參考方程為da/dN=2.5×10-13△K2.89和da/dN=6.3×10-15△K3.45雙相鋼在R=0.1時(shí)疲勞裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值