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在超高周疲勞領(lǐng)域SUJ2軸承鋼GBF區(qū)的裂紋擴(kuò)展過程

超高周疲勞（VHCF）在飛機(jī)、汽車、鐵道及其它工業(yè)領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注，傳統(tǒng)的疲勞研究已經(jīng)不能滿足工業(yè)領(lǐng)域的要求，迫切要求考察材料在VHCF領(lǐng)域的疲勞現(xiàn)象和損壞機(jī)理。

高強(qiáng)度鋼在VHCF領(lǐng)域的疲勞裂紋常常在內(nèi)部的非金屬夾雜物處萌生，用光學(xué)顯微鏡觀察斷口時(shí)非金屬夾雜物近旁為光學(xué)暗區(qū)，而用掃描電鏡觀察時(shí)則被稱之為粒狀光亮刻面（GBF）。普遍認(rèn)為，由內(nèi)部非金屬夾雜物引發(fā)的高強(qiáng)度鋼在VHCF領(lǐng)域的疲勞壽命90%以上與GBF的形成有關(guān)。因此，為了進(jìn)一步了解VHCF的損壞機(jī)理，必須判明GBF的形成機(jī)理和裂紋在其中的擴(kuò)展過程。

在本項(xiàng)研究中，選擇高強(qiáng)度軸承鋼JIS SUJ2作為試驗(yàn)材料，考察GBF尺寸與應(yīng)力幅、夾雜物大小以及疲勞壽命之間的關(guān)系。在GBF中裂紋擴(kuò)展過程通過低-高兩級(jí)可變振幅加載試驗(yàn)進(jìn)行考察。試驗(yàn)結(jié)果如下。

（1）GBF的尺寸隨著施加應(yīng)力振幅的加大而減小，在給定的應(yīng)力振幅下GBF的尺寸為常數(shù)，與夾雜物大小無關(guān)。在給定應(yīng)力振幅條件下，疲勞壽命與夾雜物的-8次方成正比，隨著夾雜物加大而降低。

（2）在給定應(yīng)力振幅條件下，GBF裂紋在疲勞壽命的早期就已形成，形成之后直至接近疲勞壽命終結(jié)之前幾乎不擴(kuò)展。GBF裂紋在短時(shí)間內(nèi)快速擴(kuò)展到最終的GBF尺寸。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第12期

作者：Y.D.Li et al

編譯：張英才