高強(qiáng)度鋼超高周疲勞性能

前言

　　鋼鐵材料是創(chuàng)造現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)材料，足夠數(shù)量的優(yōu)質(zhì)鋼鐵材料是世界各國實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的必要條件。20世紀(jì)鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)高速發(fā)展，形成了自動(dòng)化程度很高的大規(guī)模生產(chǎn)流程。由于具有綜合性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、資源豐富、環(huán)境友好、可循環(huán)利用等其他材料不可比擬的優(yōu)勢，鋼鐵材料仍將在2l世紀(jì)占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，隨著航空、航天、機(jī)械、交通和航海等行業(yè)的快速發(fā)展，對機(jī)械制造用高強(qiáng)度鋼鐵材料提出了新的要求和挑戰(zhàn)，要求其不但具有高強(qiáng)度，而且還具有高的安全性和可靠性?！　⌒乱淮撹F材料是以細(xì)晶為核心并以高潔凈度和高均質(zhì)性三個(gè)主要特征共同構(gòu)成高性能結(jié)構(gòu)材料。通過前期國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目（973）“新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究”（1998-2003年，首席科學(xué)家：翁宇慶）的施行，我國相關(guān)科技人員對超細(xì)晶鋼的組織細(xì)化與控制技術(shù)有了深入的認(rèn)識，并取得了實(shí)際的經(jīng)濟(jì)與社會效益。除細(xì)晶特征對鋼的性能具有重要影響外，高潔凈度和高均質(zhì)性對鋼的性能也同樣十分重要。非金屬夾雜物（以下簡稱夾雜物）的減少則是提高鋼潔凈度和均質(zhì)性的關(guān)鍵之一。夾雜物對鋼質(zhì)量的影響是十分巨大的。鋼中夾雜物的危害性就在于它破壞了鋼基體的均勻連續(xù)性，造成了應(yīng)力集中，能夠促進(jìn)疲勞裂紋的產(chǎn)生，并在一定條件下加速裂紋的擴(kuò)展速率，從而加速了疲勞破壞的過程。尤其是在高強(qiáng)度鋼超長壽命疲勞實(shí)驗(yàn)中的長壽命階段，大部分疲勞斷裂起源于鋼中的夾雜物，即夾雜物等內(nèi)部缺陷的影響更為顯著。因此，要提高機(jī)械制造用鋼的強(qiáng)度水平和實(shí)現(xiàn)長壽命化，就必須合理控制由鋼中夾雜物等內(nèi)部缺陷所引起的這種疲勞破壞。

內(nèi)容概要

　　《高強(qiáng)度鋼超高周疲勞性能：非金屬夾雜物的影響》重點(diǎn)介紹了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目（973）——“提高鋼鐵質(zhì)量和使用壽命的冶金學(xué)基礎(chǔ)研究”所屬課題“長疲勞壽命機(jī)械制造用高強(qiáng)度鋼的研究”部分的研究成果和開發(fā)的技術(shù)?！　　陡邚?qiáng)度鋼超高周疲勞性能：非金屬夾雜物的影響》重點(diǎn)從夾雜物尺寸的角度深入探討了其對高強(qiáng)度鋼超高周疲勞性能的影響規(guī)律?！陡邚?qiáng)度鋼超高周疲勞性能：非金屬夾雜物的影響》共分9章：第1章闡述了近年來材料疲勞研究的概況，特別闡述了對高強(qiáng)度鋼開展超高周疲勞研究的必要性；第2章簡要介紹了鋼中非金屬夾雜物的來源、種類、評定方法及對力學(xué)性能的影響；第3章綜述了超高周疲勞的實(shí)驗(yàn)方法及研究進(jìn)展；第4章給出了臨界夾雜尺寸的估計(jì)方法并與實(shí)驗(yàn)作了對比；第5章探討了夾雜物尺寸大小如何影響高強(qiáng)度鋼超高周S-N曲線的形狀；第6章對高強(qiáng)度鋼的超高周疲勞強(qiáng)度及壽命與夾雜物尺寸的關(guān)系，提出了新的表達(dá)式；第7章介紹了氫對高強(qiáng)度鋼超高周疲勞性能的影響；第8章介紹了如何評定鋼中的夾雜物尺寸；第9章總結(jié)了研究的經(jīng)驗(yàn)與收獲，并提出了研究的新課題和方向?！陡邚?qiáng)度鋼超高周疲勞性能：非金屬夾雜物的影響》可供從事鋼鐵及其他金屬材料機(jī)理、材料性能、材料制備以及機(jī)械裝備制造的研究人員、設(shè)計(jì)與研發(fā)人員、

書籍目錄

1　高強(qiáng)度鋼超高周疲勞研究背景1.1　疲勞分類1.2　傳統(tǒng)疲勞研究的發(fā)展概況1.3　高強(qiáng)度鋼超高周疲勞研究必要性2　鋼中非金屬夾雜物2.1　鋼中非金屬夾雜物的來源與種類2.1.1　非金屬夾雜物的來源2.1.2　非金屬夾雜物的種類2.2　鋼中非金屬夾雜物的測量與評定2.2.1　金相法2.2.2　無損檢測法2.2.3　夾雜物濃縮檢測方法2.2.4　疲勞實(shí)驗(yàn)檢測方法2.2.5　統(tǒng)計(jì)方法2.3　非金屬夾雜物對鋼力學(xué)性能的影響2.3.1　非金屬夾雜物對常規(guī)力學(xué)性能的影響2.3.2　非金屬夾雜物對疲勞性能的影響3　超高周疲勞的實(shí)驗(yàn)方法及研究進(jìn)展3.1　超高周疲勞實(shí)驗(yàn)方法3.1.1　超聲波疲勞研究的發(fā)展3.1.2　超聲波疲勞實(shí)驗(yàn)設(shè)備3.1.3　超聲波疲勞實(shí)驗(yàn)原理3.2　超高周疲勞的研究進(jìn)展3.2.1　S-N曲線特性3.2.2　斷口特征與機(jī)制3.2.3　疲勞強(qiáng)度與夾雜物尺寸的關(guān)系4　臨界夾雜物尺寸問題4.1　夾雜物與其他缺陷尺寸的等效性4.1.1　Murakami夾雜物等效投影面積模型4.1.2　表面粗糙度等效缺陷尺寸4.2　臨界夾雜物尺寸的估計(jì)4.2.1　臨界夾雜物尺寸的定義4.2.2　臨界夾雜物尺寸的估算4.3　實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果4.3.1　實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)方法4.3.2　疲勞裂紋源及疲勞強(qiáng)度4.3.3　分析與討論4.4　小結(jié)5　S-N曲線特性與夾雜物尺寸問題5.1　實(shí)驗(yàn)材料與方法5.2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.2.1　微觀組織5.2.2　S-N曲線5.2.3　斷口形貌觀察5.2.4　疲勞源區(qū)的元素面分布5.3　討論5.3.1　潔凈高強(qiáng)度彈簧鋼的超高周疲勞性能5.3.2　夾雜物尺寸對超高周疲勞S-N曲線的影響5.4　小結(jié)6　疲勞強(qiáng)度與疲勞壽命的估計(jì)6.1　疲勞強(qiáng)度的估計(jì)6.1.1　由表面與內(nèi)部夾雜物決定的疲勞強(qiáng)度σw6.1.2　由GBF決定的疲勞強(qiáng)度σw96.2　疲勞壽命的估計(jì)6.2.1　疲勞壽命與夾雜物尺寸的關(guān)系6.2.2　實(shí)驗(yàn)求m值6.3　小結(jié)7　氫對高強(qiáng)度鋼超高周疲勞行為的影響7.1　GBF區(qū)的形成與疲勞斷裂機(jī)制7.1.1　GBF區(qū)邊界的應(yīng)力強(qiáng)度因子門檻值7.1.2　由氫引起的應(yīng)力強(qiáng)度因子7.2　氫對高強(qiáng)度鋼疲勞強(qiáng)度的影響7.2.1　實(shí)驗(yàn)材料與方法7.2.2　氫對高強(qiáng)度鋼硬度的影響7.2.3　氫對疲勞性能的影響7.3　小結(jié)8　夾雜物評定標(biāo)準(zhǔn)與統(tǒng)計(jì)方法8.1　夾雜含量評定國家標(biāo)準(zhǔn)8.2　估計(jì)最大夾雜物尺寸的兩個(gè)統(tǒng)計(jì)方法8.2.1　統(tǒng)計(jì)極值(SEV)方法8.2.2　廣義帕雷托分布(CPD)方法8.3　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證8.3.1　實(shí)驗(yàn)材料與過程8.3.2　參數(shù)的確定8.3.3　疲勞強(qiáng)度下限的預(yù)測8.3.4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論8.3.5　鋼中最大夾雜物尺寸估計(jì)的重要意義8.4　小結(jié)9　成功探索與今后需要研究的一些問題9.1　高強(qiáng)度鋼的長疲勞壽命化的成功探索9.1.1　客運(yùn)專線彈條用彈簧鋼的長疲勞壽命化9.1.2　汽車變截面少片簧用長疲勞壽命彈簧鋼9.2　今后需要研究的一些問題9.2.1　高強(qiáng)鋼疲勞性能的優(yōu)化9.2.2　夾雜物類型與改性9.2.3　鋼基體中軟相和其他組織缺陷的作用9.2.4　如何更有效地評估夾雜物尺寸9.2.5　實(shí)驗(yàn)頻率影響與試樣發(fā)熱問題9.2.6　超高周疲勞實(shí)驗(yàn)合作研究參考文獻(xiàn)后記術(shù)語索引

章節(jié)摘錄

　　合金結(jié)構(gòu)鋼是鋼鐵產(chǎn)品中一類主要產(chǎn)品，在機(jī)械零件和工程構(gòu)件中使用量大、應(yīng)用面廣。近年來，國民經(jīng)濟(jì)各部門對合金結(jié)構(gòu)鋼提出了更高強(qiáng)度、更高安全性、長壽命和低成本的迫切要求。而磨損、腐蝕和斷裂是機(jī)械零件和工程構(gòu)件的三種主要破壞形式，也是這些零件和構(gòu)件失效的三種主要原因。在機(jī)械零部件中，每年因磨損和腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失都是十分可觀的。然而材料斷裂破壞因其常突然發(fā)生，導(dǎo)致災(zāi)難性的設(shè)備事故和人身事故，所以斷裂破壞更為工程界所重視。在機(jī)械的斷裂事故中，絕大部分是由于鋼的疲勞引起的C2）。因此，疲勞破壞是阻礙機(jī)械制造用鋼進(jìn)一步高強(qiáng)度化和長壽命化的主要原因之一，具有優(yōu)異的抗疲勞破壞性能的高強(qiáng)度鋼鐵材料是當(dāng)今機(jī)械制造領(lǐng)域追求的材料之一。　　對于高強(qiáng)度鋼的定義，目前還沒有統(tǒng)一與嚴(yán)格的界定。業(yè)界有這樣的認(rèn)識，高強(qiáng)度鋼其強(qiáng)度、韌性綜合性能應(yīng)該較好，抗拉強(qiáng)度一般在1200MPa以上；而超高強(qiáng)度鋼其抗拉強(qiáng)度在1500MPa以上。本書為了敘述簡便，不再將二者區(qū)別?！　′撹F材料一般隨著抗拉強(qiáng)度的提高，其疲勞強(qiáng)度也提高。但是當(dāng)鋼的強(qiáng)度級別提高到一定程度，比如抗拉強(qiáng)度達(dá)到約1250MPa時(shí)，其疲勞強(qiáng)度就往往不會隨著抗拉強(qiáng)度的提高而不斷提高，即使提高，也是比較有限的。人們已經(jīng)認(rèn)識到，鋼中的夾雜物在這里是非常大的影響因素，尤其是在超長壽命疲勞（也稱超高周疲勞）實(shí)驗(yàn)中的長壽命階段，大部分疲勞斷裂起源于鋼中的夾雜物，即夾雜物等內(nèi)部缺陷的影響更為顯著。

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