加载频率对钢铁材料超高周疲劳性能的影响

论文摘要

铁路机车车辆的零部件、汽车、桥梁、发动机、航空航天机械、发电机及海洋结构等在服役期内要承受109次以上的交变载荷,为了保证这些器械承载零部件的安全可靠性,必须研究它们的超高周疲劳性能。常规的试验方法周期长,成本高,而超声波加载具有周期短,成本低的优点,但是使用这种实验方法来研究钢铁材料超高周疲劳行为的可行性仍属未知。所以,有必要研究超声加速疲劳试验方法的可行性。本论文对比研究了80Hz轴向疲劳加载和20KHz超声轴向疲劳加载的加载频率对35CrMo车轴钢与GCr15轴承钢超高周疲劳性能的影响,并分析使用超声加速实验方法来研究钢铁材料疲劳行为的可行性。对于超声疲劳实验,并采用连续加载方式。断口观察表明,35CrMo车轴钢80Hz轴向加载试样与20KHz超声加载试样,在全应力幅范围全部发生表面破坏。GCr15轴承钢80Hz轴向加载试样与20KHz超声加载试样,在全应力幅范围即发生表面破坏又发生内部破坏。实验结果及分析表明,超声加载频率提高了35CrMo车轴钢与GCr15轴承钢试样的寿命。目前还不适合使用超声疲劳实验方法来研究钢铁材料的疲劳性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超高周疲劳研究的提出
• 1.2 超高周疲劳研究的现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 当前超高周疲劳研究面临的课题
• 1.4 本论文的主要工作
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 论文的组成及技术路线
• 1.4.3 创新点与技术路线
• 第2章 35CrMo钢在常规（80Hz）加载速率下的高周疲劳性能研究
• 2.1 常规轴向加载疲劳实验
• 2.2 实验结果与分析
• 2.2.1 疲劳S-N数据与分析
• 2.2.2 断口观察与分析
• 2.4 小结
• 第3章 35CrMo钢在超声（20KHz）加载速率下的高周疲劳性能研究
• 3.1 高频超声轴向加载疲劳实验
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 疲劳S-N数据与分析
• 3.2.2 断口的观察与分析
• 3.3 小结
• 第4章 GCr15钢常规（80Hz）加载速率下的高周疲劳
• 4.1 常规轴向加载疲劳试验
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 疲劳S-N数据与分析
• 4.2.2 断口观察与分析
• 4.2.3 裂纹萌生及扩展尺寸的测定
• 4.2.4 应力强度因子
• 4.3 小结
• 第5章 GCr15钢在超声（80Hz）加载频率下的高周疲劳性能研究
• 5.1 超声连续式轴向加载疲劳试验
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 疲劳S-N数据与分析
• 5.2.2 断口观察与分析
• 5.2.3 裂纹萌生及扩展尺寸的测定
• 5.3 小结
• 第6章 加载频率对钢铁材料寿命的影响及超声加载频率试验方法的可行性
• 6.1 35CrMo实验结果的比较
• 6.2 GCr15实验结果的比较
• 6.2.1 疲劳S-N数据的比较
• 6.2.2 内部夹杂数据的比较
• 6.3 硬度测试
• 6.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文