无碳化物贝/马复相高强钢高周疲劳行为的研究

摘要

本文将新型的BQP工艺应用于Mn-Si-Cr系无碳化物贝/马复相高强钢，通过优化其工艺获得了最佳的强塑韧性匹配，并同传统的贝氏体等温淬火(BAT)工艺及空冷淬火加回火(BQT)工艺一起进行了旋弯疲劳实验，研究了不同热处理工艺和不同夹杂物水平钢的疲劳性能。
　　实验钢BQP工艺在淬火温度为200℃，配分时间为45min时获得最佳的常规力学性能，抗拉强度达到1688MPa，总延伸率为25.2％，强塑积达到了42.6GPa％。同传统的BAT工艺及BQT工艺组织相比，BQP工艺组织中含有较多(22％)稳定的亚微米级、纳米级薄膜状的残余奥氏体，且最初空冷淬火阶段形成的针状下贝氏体分割了原奥氏体晶粒，故而拥有最佳的力学性能。
　　共做了5组旋弯疲劳实验，其中电渣重熔钢BQP工艺疲劳极限为968MPa，疲强比为0.573，电渣重熔钢BAT工艺疲劳极限为721MPa，疲强比为0.479，电渣重熔钢BQT工艺疲劳极限为997MPa，疲强比为0.523，未电渣重熔钢BQP工艺疲劳极限828MPa，疲强比0.491，未电渣重熔钢BAT工艺疲劳极限729MPa，疲强比0.484。BQP工艺试样表面缺陷的等效尺寸在10～42μm之间，对应的应力强度因子在4～8MPa√m之间，表面缺陷的应力强度因子越大，试样疲劳寿命越低，细长条形表面缺陷对疲劳性能的危害大于凹坑形试样，且随着循环应力的增大，引起表面缺陷起裂的缺陷尺寸减小。夹杂物水平减低BQP工艺疲劳极限大幅提升，BAT工艺疲劳极限变化不大，夹杂物尺寸越小，夹杂物位置越靠近内部，夹杂物越不敏感。BQP工艺、BAT工艺、BQT工艺的临界夹杂物尺寸分别为17μm，20μm，9μm，无碳化物贝/马复相高强钢与夹杂物的相容性远好于同等级别的回火马氏体钢。
　　内部基体起裂试样裂纹萌生于晶界或相界处，并形成小刻面，刻面同水平面的夹角对疲劳寿命有所影响。BQP工艺、BAT工艺、BQT工艺的疲劳裂纹门槛值分别为，3.77MPa√m，4.67MPa√m，4.16MPa√m，裂纹在疲劳断口GBF区内扩展的速率在2×10-9～10-6之间，且随着疲劳寿命的增加，裂纹的扩展速率越小。表面起裂向内部起裂转变的临界条件为内部裂纹萌生扩展的应力强度因子先达到疲劳裂纹门槛值。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景及意义

1．2 无碳化物贝／马复相高强钢的研究现状

1．2．1 无碳化物贝／马复相高强钢的由来与发展

1．2．2 无碳化物贝／马复相高强钢的力学性能

1．2．3 无碳化物贝／马复相高强钢在轨道交通领域的应用

1．2．4 无碳化物贝／马复相高强钢疲劳行为的研究现状

1．3 疲劳性能的影响因素

1．3．1 显微组织对疲劳性能的影响

1．3．2 表面缺陷对疲劳性能的影响

1．3．3 夹杂物对疲劳性能的影响

1．4 疲劳裂纹萌生的机制

1．4．1 表面起裂的萌生机制

1．4．2 内部起裂的萌生机制

1．5 本文的研究内容与思路

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究思路

1．5．3 创新点

1．6 本章小结

2．1 实验材料

2．2 常规力学性能测试

2．3 旋转弯曲疲劳实验

2．4 显微组织分析

2．5 疲劳断口观察

2．6 疲劳裂纹扩展速率测试

3 无碳化物贝／马复相高强钢的组织与性能

3．1 实验钢相变点的测定

3．2 BQP工艺最佳热处理参数的确定

3．2．1 配分温度的确定

3．2．2 淬火温度的确定

3．2．3 配分时间的确定

3．3 BQP工艺与传统热处理工艺组织分析对比

3．3．1 不同工艺下显微组织分析

3．3．2 不同工艺下显微组织定量表征

3．4 BQP工艺与传统热处理工艺常规力学性能对比

3．5 本章小结

4 无碳化物贝／马复相高强钢的高周疲劳特性

4．1 高周疲劳性能总结

4．1．1 试样编号及说明

4．1．2 S-N曲线绘制

4．2 显微组织对疲劳性能的影响

4．3 疲劳断口观察及参数表征

4．3．1 表面缺陷尺寸

4．3．2 夹杂物尺寸及位置

4．4 表面缺陷对疲劳性能的影响

4．5 夹杂物对疲劳性能的影响

4．5．1 断口处夹杂物尺寸分布及成分分析

4．5．2 夹杂物位置与尺寸对疲劳性能影响

4．5．3 临界夹杂物尺寸的估计

4．6 本章小结

5 无碳化物贝／马复相高强钢裂纹的萌生

5．1 内部组织起裂分析

5．2 疲劳寿命预测

5．2．1 疲劳门槛值和疲劳裂纹扩展速率测量与分析

5．2．2 特征区参量统计

5．2．3 疲劳寿命估计

5．2．4 表面起裂与内部起裂的竞争关系

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

索引

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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