中間回火對鋼疲勞壽命的影響

真空材料 關慶敏 天田連云港機械有限公司

  機械零件通常在其精加工之前,通過及時回火可以調整其力學性能,如降低脆性,調整硬度,提高韌性,延長疲勞壽命。而在零件使用過程中若能進行回火(稱為中間回火) ,能否使零件早期產生的疲勞損傷得以恢復,進而延長疲勞壽命,尚缺少研究。本文試圖通過試驗,對鋼在使用過程中進行中間回火,研究其疲勞壽命的變化。

1、試驗材料及方法

  試驗材料為45、40Cr鋼,經調質處理。材料的化學成分、力學性能如表1、表2所示。

表1  研究用鋼的化學成分(質量分數, % )

研究用鋼的化學成分 

表2 研究用鋼的力學性能

研究用鋼的力學性能 

  試樣采用漏斗形光滑標準試樣,用旋轉疲勞彎曲試驗機進行試驗,轉速為500 r/min, r = - 1。取45鋼常幅應力σa = 388 MPa, Nf = 236700次; 40Cr鋼常幅應力σa =431MPa,Nf = 300833次。分別取其疲勞壽命的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%時中止試驗(對45鋼只選取10%、40%、90%分析) 。經中間600 ℃回火后繼續疲勞試驗直至斷裂。用掃描電鏡和透射電鏡觀察顯微組織,用HX2200型顯微硬度儀測量顯微硬度,荷重100 g。

2、結果及分析

2.1、顯微硬度

  45鋼試樣中間回火前顯微硬度沿截面徑向分布的曲線如圖1所示,其顯微硬度分布很不均勻。在疲勞損傷產生和發展過程中,內部硬度分布不均勻性必然導致局部的應力集中,而應力集中則會加速材料性能的劣化,加快局部的范性形變。45鋼試樣中間回火后顯微硬度沿截面徑向分布的曲線如圖2所示,經過中間回火,其顯微硬度分布比較均勻,且在不同循環周次時中間回火后的顯微硬度分布趨于有序化。這說明中間回火改變了試樣截面的硬度分布,使硬度分布更加均勻,降低了硬度不均導致的應力集中,延長了材料的疲勞壽命。

  當工作時間為原壽命的40%時,顯微硬度提高幅度最大。

45鋼試樣中間回火前顯微硬度沿截面徑向分布 

圖1 45鋼試樣中間回火前顯微硬度沿截面徑向分布

45鋼試樣中間回火后顯微硬度沿截面徑向分布 

圖2 45鋼試樣中間回火后顯微硬度沿截面徑向分布