在超高周疲劳领域SUJ2轴承钢GBF区的裂纹扩展过程



在超高周疲劳领域SUJ2轴承钢GBF区的裂纹扩展过程

超高周疲劳（VHCF）在飞机、汽车、铁道及其它工业领域受到越来越多的关注，传统的疲劳研究已经不能满足工业领域的要求，迫切要求考察材料在VHCF领域的疲劳现象和损坏机理。

高强度钢在VHCF领域的疲劳裂纹常常在内部的非金属夹杂物处萌生，用光学显微镜观察断口时非金属夹杂物近旁为光学暗区，而用扫描电镜观察时则被称之为粒状光亮刻面（GBF）。普遍认为，由内部非金属夹杂物引发的高强度钢在VHCF领域的疲劳寿命90%以上与GBF的形成有关。因此，为了进一步了解VHCF的损坏机理，必须判明GBF的形成机理和裂纹在其中的扩展过程。

在本项研究中，选择高强度轴承钢JIS SUJ2作为试验材料，考察GBF尺寸与应力幅、夹杂物大小以及疲劳寿命之间的关系。在GBF中裂纹扩展过程通过低-高两级可变振幅加载试验进行考察。试验结果如下。

（1）GBF的尺寸随着施加应力振幅的加大而减小，在给定的应力振幅下GBF的尺寸为常数，与夹杂物大小无关。在给定应力振幅条件下，疲劳寿命与夹杂物的-8次方成正比，随着夹杂物加大而降低。

（2）在给定应力振幅条件下，GBF裂纹在疲劳寿命的早期就已形成，形成之后直至接近疲劳寿命终结之前几乎不扩展。GBF裂纹在短时间内快速扩展到最终的GBF尺寸。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第12期

作者：Y.D.Li et al

编译：张英才