35CrMo鋼拉伸及疲勞性能分析

35CrMo鋼具有良好的綜合力學(xué)性能,是工業(yè)生產(chǎn)特別是汽車行業(yè)中常用的一種合金結(jié)構(gòu)鋼。由于其在加工成型及使用過程中會(huì)有不同程度的扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)變過載,例如汽車傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等在啟動(dòng)及停機(jī)的瞬間,這些構(gòu)件往往會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)變過載,而這些過載對(duì)材料的常規(guī)力學(xué)性能及疲勞性能必定帶來一定的影響。目前對(duì)于35CrMo鋼在預(yù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化及預(yù)拉伸強(qiáng)化后的力學(xué)性能的研究報(bào)道不多,特別是在扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)變后的高周、低周疲勞性能還不甚了解。
    本章以35CrMo鋼為研究對(duì)象,從拉伸和疲勞性能的角度入手,研究扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)變后材料的力學(xué)性能及高、低周疲勞性能。為此,本文專門設(shè)計(jì)了拉伸和扭轉(zhuǎn)、疲勞和扭轉(zhuǎn)兩用的試樣,通過預(yù)扭轉(zhuǎn)不同的角度和預(yù)拉伸不同的應(yīng)變,系統(tǒng)研究35CrMo鋼在預(yù)拉伸強(qiáng)化和預(yù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化后的力學(xué)性能及扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)變下低周及高周的疲勞性能,重點(diǎn)分析了扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)變后35CrMo鋼的拉伸性能、疲勞極限、S-N曲線、循環(huán)硬化軟化特性、滯后回線、塑性應(yīng)變能及循環(huán)彈性模量的變化規(guī)律,并對(duì)高周及低周疲勞試驗(yàn)的斷口進(jìn)行了掃描電鏡分析,得到如下主要結(jié)論：
    (1)35CrMo鋼試件在拉伸和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中都沒有明顯的屈服平臺(tái)；扭轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)變可以提高35CrMo鋼試件拉伸時(shí)的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,而降低了試件的拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)和強(qiáng)度系數(shù)；預(yù)拉伸強(qiáng)化可以提高35CrMo鋼試件扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切屈服強(qiáng)度,但對(duì)剪切強(qiáng)度極限的影響很小
    (2)通過升降法測得預(yù)扭轉(zhuǎn)0、3π/4、7π/4時(shí)35CrMo鋼高周疲勞極限分別為321.6MPa、308.12MPa、294.90MPa;在相同的循環(huán)應(yīng)力幅作用下,有預(yù)扭轉(zhuǎn)角試件的疲勞壽命明顯比沒有預(yù)扭轉(zhuǎn)角試件的疲勞壽命低,且預(yù)扭轉(zhuǎn)角越大,相應(yīng)的疲勞壽命越低。
    (3)預(yù)扭轉(zhuǎn)0、π/4、3π/4、5π/4時(shí)35CrMo鋼低周疲勞試件均表現(xiàn)出循環(huán)軟化現(xiàn)象且循環(huán)軟化規(guī)律及衰減的程度基本相同；試件經(jīng)預(yù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)化后出現(xiàn)了加工硬化,其應(yīng)力應(yīng)變滯后回線中加卸載曲線間的寬度隨著預(yù)扭轉(zhuǎn)角的增大而減小,即在疲勞循環(huán)中塑性應(yīng)變的范圍在減??；試件的循環(huán)彈性模量都隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸降低,且隨著預(yù)扭轉(zhuǎn)角的增大,疲勞試件的循環(huán)彈性模量衰減趨勢減緩,降低的幅度也在減??；而塑性應(yīng)變能都隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增大而增加,且隨著預(yù)扭轉(zhuǎn)角的增大,塑性應(yīng)變能下降的幅度在增加。
    (4)35CrMo鋼高周及低周疲勞裂紋都萌生于試件的表面且裂紋源區(qū)的斷面比較光亮平坦,在裂紋擴(kuò)展區(qū)中都有大量的二次裂紋產(chǎn)生；預(yù)扭轉(zhuǎn)試件的疲勞臺(tái)階高度要比沒有預(yù)扭轉(zhuǎn)試件的疲勞臺(tái)階高度要高,且隨著預(yù)扭轉(zhuǎn)角的增大而增高；高、低周疲勞斷口瞬斷區(qū)具有明顯的韌窩形貌和二次裂紋及開裂現(xiàn)象。