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大口徑厚壁不銹鋼管的疲勞極限及斷口分析

時間:2019-4-26 16:07:46   來源:  作者:不銹鋼無縫管

大多數機器用的厚壁不銹鋼管是在重復或交變應力作用下工作的。如各種發動機曲軸、機床主軸、齒輪、各種滾動軸承等。大口徑不銹鋼管材料在小于以下的重復交變應力作用下發生斷裂的現象稱為“大口徑不銹鋼管的疲勞”。

    (一)疲勞極限實踐證明,材料所受重復或交變應力 與其斷裂前的應力循環次數Ⅳ有如圖1-16所示的曲線關系。該曲線稱為“疲勞曲線”或o-一Ⅳ曲線。從曲線可以看出,應力 愈低,則斷裂前的循環次數Ⅳ愈多。當應力降至某一定值后,疲勞曲線與橫坐標軸平行,即表示在一定條件下當應力低于某一定值時,材料可能經受無限次應力循環而仍不發生疲勞斷裂。此應力值叫做“疲勞極限”。當應力循環對稱時。對厚壁不銹鋼管來說,如N達100~107次仍不發生疲勞斷裂,則可認為隨著Ⅳ的繼續增加,將不會再發生疲勞斷裂了。因此可以采用Ⅳ=107為基數,確定大口徑不銹鋼管的疲勞極限。對于有色大口徑不銹鋼管,一般則需規定應力循環次數在108或更多周次才能確定其疲勞極限。

    (二)疲勞斷口分析疲勞斷口一般由兩部分組成。一部分是疲勞裂紋擴展部分,其特征是因經過摩擦而較光滑,有時并可觀察到若干弧形或放射形的特征。另一部分是突然斷裂部分。從疲勞斷口的特征可以看出,疲勞裂紋的發生和發展與大口徑不銹鋼管內部結構的變化有關。

    疲勞斷裂的過程:現在一般認為在重復或交變應力作用下,其應力值雖然遠小于其抗拉強度,但厚壁不銹鋼管材料表面層某些晶粒,由于位向或其他原因造成大于  的應力,產生局部塑性變形而導致微裂紋,或由于材料表面有夾雜、劃痕及其他造成應力集中的缺陷,而導致微裂紋的產生。這種微裂紋隨應力循環次數的增加而逐漸擴展,直至未裂的截面大大減小,以致不能承受所加載荷而突然斷裂。

    如上所述,為了提高大口徑厚壁不銹鋼管的疲勞極限,除了改善其結構形狀,避免應力集中外,還可以通過提高零件表面加工光潔度和采取各種表面強化的方法來達到。表面層形成的殘余應力對疲勞極限的影響非常大。一般來說,表面層存在壓應力可使零件工作時產生疲勞裂紋的拉應力值降低,從而大大提高其疲勞極限。

    在表面強化的方法中,噴丸處理、表面冷軋、化學熱處理及表面淬火等方法得到了廣泛應用。


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