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如何提高材料疲劳性能:非金属夹杂物的影响

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:在某些条件下,夹杂物还会加速裂纹的扩展,从而进一步降低疲劳寿命。例如氮化钛及二氧化硅等硬而脆的夹杂物,其外形呈棱角状时,对疲劳寿命的危害较大,较软、塑性较好的夹杂物对疲劳寿命的影响则比较小,粗大的夹杂物对低周高应力有加速疲劳裂纹扩展的作用。当夹杂物聚集分布,且数量较多时,对疲劳寿命的危害更大。

如何提高材料疲劳性能:非金属夹杂物的影响

由于非金属夹杂物以机械混合物的形式存在于钢中,而其性能又与钢有很大的差异,因此它破坏了钢基体的均匀性、连续性,还会在该处造成应力集中而成为疲劳源(即疲劳裂纹的起始点)。在外力作用下,通常沿着夹杂物与其周围金属基体的界面开裂,形成疲劳裂纹。在某些条件下,夹杂物还会加速裂纹的扩展,从而进一步降低疲劳寿命。夹杂物的性质、大小、数量、形态、分布不同,对疲劳寿命的危害也不同。例如氮化钛及二氧化硅等硬而脆的夹杂物,其外形呈棱角状时,对疲劳寿命的危害较大,较软、塑性较好的夹杂物(如硫化物)对疲劳寿命的影响则比较小,粗大的夹杂物对低周高应力有加速疲劳裂纹扩展的作用。当夹杂物聚集分布,且数量较多时,对疲劳寿命的危害更大。当夹杂物处于零件表面,或表面层高应力区时,危害最严重。

夹杂物对疲劳性能的影响与夹杂物的大小、形状、分布、数量和类型等有关,另一方面与基体的组织和性质,与所加应力的大小也有关系。夹杂物还引起疲劳强度的方向性。与疲劳强度关系最密切的是夹杂物的大小,金属材料的强度水平越高,处于表面的大尺寸的夹杂物的危害就越严重。就不同类型的夹杂物的影响来说,与基体连接性差的脆性夹杂物和球形不变形夹杂物的危害最大。实验指出,软钢的疲劳强度和夹杂物的关系较小。随着钢的强度的提高,夹杂物的有害影响就愈来愈严重。例如,夹杂物对经热处理抗拉强度=950MPa的钢的疲劳强度无明显影响,当把同一钢处理到抗拉强度=1260MPa时,横向疲劳强度略微受到一些影响,而当抗拉强度=1730MPa时,横向和纵向疲劳强度都大幅的降低。总之,要有区别地看待夹杂物对材料疲劳强度的影响,只是在具有高硬度和高强度的金属材料中,如在滚动轴承钢或超高强度钢中,夹杂物对疲劳强度的影响才成为特别突出的问题。(www.xing528.com)

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