锻造、铸造E级钢的疲劳断裂试验研究

摘要

车钩缓冲装置是火车最重要的连接部件。在车钩缓冲装置中，车钩为其关键部件，它的作用是实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂与传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定的距离[1]。在火车运行过程中，车钩将会受到持续交变的拉应力、压应力以及弯曲应力的作用，这些交变载荷会直接决定车钩的使用寿命。因此，开展火车车钩钢材的疲劳与断裂试验研究对火车的安全运行具有十分重要的实际意义。
　　本文主要通过试验研究了火车车钩钢材——锻造、铸造E级钢，具体内容如下:
　　第一部分:传统疲劳试验。采用升降法，取应力比为-1，在指定循环次数107次应力循环下，测得两种工艺钢材的疲劳强度下极限。可见，虽然两钢材的抗拉强度相差不大，但疲劳强度下极限却相差近一倍。然后，绘制了锻造E级钢的修正Goodman疲劳极限线图;采用成组法，测定两钢材在高应力水平下的疲劳寿命下极限值，以及S-N曲线及其下极限。综合升降法和成组法试验数据，拟合出两钢材的总体S-N曲线图。
　　第二部分:疲劳裂纹扩展速率试验。采用降力法（降K法）试验，测定了两种工艺钢材疲劳裂纹扩展近门槛区的规律及疲劳裂纹扩展门槛值;采用恒力幅试验，测定了两钢材疲劳裂纹扩展稳定区的规律，并得到不同可靠度p下的da/dN-△K曲线方程。
　　第三部分:断裂韧度试验。采用单试样法测定两种工艺钢材的临界J积分的值JIC，进而计算得到它们的断裂韧度KIC的值。
　　第四部分:运用经典的Priddle模型拟合了两种工艺钢材的疲劳裂纹扩展速率试验数据点，拟合结果比较理想，并且得到了不同可靠度p下的da/dN-△K曲线方程;运用Karl-Heinz、王泓模型拟合了试验数据点，拟合结果有一定的危险性与过于安全性。此外，拓展了王泓模型，定义新的材料常数C，进而用拓展的模型拟合试验数据点，拟合结果比较理想。