贝氏体钢轨超高周疲劳行为的研究

发布时间：2017-09-27 15:14

  本文关键词：贝氏体钢轨超高周疲劳行为的研究

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【摘要】：本论文以Mn-Si-Cr系列贝／马复相高强钢为研究对象,利用超声疲劳试验机研究了三种不同热处理工艺对实验钢超高周疲劳行为的影响。着重探讨了不同组织类型对超高周疲劳S-N曲线、疲劳断口、断裂机理和裂纹扩展行为的影响。 本文根据热膨胀仪所测定的实验钢的奥氏体化温度Ac1、Ac3和CCT、TTT曲线,分析不同冷却速率和等温温度对材料微观组织的影响,并制定疲劳试样的热处理工艺。研究表明该材料具有良好的贝氏体淬透性,随着冷速的增加,微观组织由粒状贝氏体逐渐转变为针状贝氏体/马氏体复相组织。 三种不同热处理工艺中,GG1和GG2试样所获得的针状贝氏体/马氏体复相组织具有良好的强韧性匹配,在超高周疲劳阶段(Nf5×108),二者都有较高的疲劳强度,且疲劳裂纹均在高应力状态下萌生于试样表面基体组织。GG3试样的显微组织主要为粒状贝氏体、马氏体和块状残余奥氏体,其抗拉强度相对较低,塑性较高。但是,在超高周疲劳阶段(Nf5×108), GG3试样的疲劳强度相对较低,疲劳裂纹在高周和超高周阶段均萌生于试样内部基体组织。研究还发现,贝/马复相钢的基体组织与夹杂物的相容性较好,其临界夹杂物尺寸显著高于回火马氏体。 本文所获得不同类型的贝/马复相钢具有精细的组织结构,显微组织中残余奥氏体与贝/马复相组织的配合,可以显著提高材料的疲劳门槛值△Kth,降低疲劳裂纹扩展速率da/dN。研究表明针状贝氏体/马氏体复相组织比粒状贝氏体/马氏体复相组织具有更高的疲劳门槛值△Kth。
【关键词】：贝/马复相钢 超高周疲劳 内部基体组织 疲劳门槛值△K_(th)
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-26
• 1.1 选题的背景及意义11-12
• 1.2 传统疲劳的研究发展12-13
• 1.3 高强度钢的超高周疲劳研究现状13-24
• 1.3.1 疲劳的分类13
• 1.3.2 超高周疲劳实验方法13-15
• 1.3.3 超高周疲劳的特征与机理15-20
• 1.3.4 超高周疲劳性能的影响因素20-24
• 1.4 研究思路及内容24-26
• 2 实验材料与研究方法26-31
• 2.1 实验材料及热处理工艺26-28
• 2.2 实验方法28-31
• 2.2.1 微观组织观察28
• 2.2.2 常规力学性能检测28
• 2.2.3 超声波疲劳实验28-29
• 2.2.4 疲劳裂纹扩展速率试验29
• 2.2.5 EBSD样品制备29-31
• 3 显微组织与力学性能31-45
• 3.1 CCT曲线的测定及金相组织分析31-34
• 3.2 不同热处理工艺的显微组织和常规力学性能34-45
• 3.2.1 热膨胀仪模拟与显微组织分析34-37
• 3.2.2 EBSD对显微组织的表征37-41
• 3.2.3 力学性能和冲击断口形貌41-45
• 4 贝/马复相钢的超高周疲劳特性45-57
• 4.1 热处理工艺的ANSYS模拟分析45-46
• 4.2 超高周疲劳性能46-54
• 4.2.1 疲劳S-N特征曲线46-49
• 4.2.2 疲劳断口特征49-52
• 4.2.3 内部起裂源区的精细观察52-54
• 4.3 贝/马复相钢的超高周疲劳断裂机理研究54-57
• 4.3.1 贝/马复相高强钢临界夹杂物尺寸的分析54-55
• 4.3.2 疲劳起裂机理的分析55-57
• 5 贝/马复相钢的裂纹扩展特性57-61
• 5.1 贝/马复相高强钢的裂纹扩展速率57-59
• 5.2 贝/马复相高强钢的裂纹扩展路径59-61
• 6 结论61-62
• 参考文献62-65
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果65-67
• 学位论文数据集67

【参考文献】

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本文编号：930394