论文摘要
为了节能降耗，微合金非调质钢越来越多地被用来制造有疲劳强度设计要求的运动部件如曲轴、连杆、前轴等，因此对其疲劳性能的要求就显得越来越重要。本文采用旋转弯曲疲劳实验机、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、光学金相显微镜等设备，选用工业生产的四类常用不同碳含量的非调质钢（22MnVS、38MnVS、48MnV、38MnS）以及对比的调质钢40Cr，观察了疲劳裂纹的萌生和扩展行为，并重点研究了非调质钢中常用微合金元素V和微观组织对其疲劳破坏行为的影响规律。对不同碳含量非调质钢热轧材（22MnVS、38MnVS、48MnV）旋转弯曲疲劳裂纹萌生和扩展过程的观察表明，疲劳裂纹萌生于试样表面的铁素体-珠光体边界，并主要沿着铁素体-珠光体边界扩展；而同等强度调质钢40Cr的疲劳裂纹则萌生于试样表面基体或表层非金属夹杂物。对含V的38MnVS钢与不含V的38MnS钢在不同状态（热锻态和退火态）下的疲劳破坏行为研究结果表明，V元素主要通过析出强化和组织细化的机制而改善铁素体+珠光体型非调质钢的疲劳性能。在热锻态，V（C，N）呈细小弥散分布，且与铁素体间具有特定位向关系，具有明显的析出强化和细化组织作用，铁素体的强化使得疲劳裂纹萌生和扩展的抗力提高，因而38MnVS钢的疲劳性能明显优于38MnS钢；在退火态，V（C，N）质点长大，与铁素体间失去共格关系，不再具有明显的析出强化作用，因而退火态38MnVS钢的疲劳性能明显低于热锻态，而与38MnS钢的疲劳性能相当。对具有不同微观组织状态（热锻态、热轧态、高温正火态及高温退火态）的非调质钢38MnVS的疲劳破坏行为研究结果表明，高温正火态38-N由于具有粗大的贝氏体组织，因而具有最差的疲劳性能；而高温退火态38-A和热轧态38-R由于具有粗大的网状铁素体，其疲劳性能亦较差；热锻态38-F由于具有十分细小、均匀的微观组织和低的铁素体／珠光体硬度比，因而具有优于调质态40Cr钢的优异疲劳性能。因此，控制锻轧后微合金非调质钢的微观组织可获得与调质钢相当的疲劳性能。