【摘 要】
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现代汽车锻件已经越来越多地采用非调质钢代调质钢来制造,未来的发展趋势是汽车锻件全部采用非调质钢来制造。大部分汽车锻件如连杆、曲轴、轮毂、转向节等承受循环交变载荷,且大多存在拐角、台阶等容易产生应力集中的部位和缺口,因而容易产生疲劳断裂。对此,本文针对目前汽车锻件中常用的两种非调质钢30Mn VS和49Mn VS,采用金相、扫描电镜、透射电镜及相分析等手段首先分析了其组织性能特征,随后采用光滑和缺口
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现代汽车锻件已经越来越多地采用非调质钢代调质钢来制造,未来的发展趋势是汽车锻件全部采用非调质钢来制造。大部分汽车锻件如连杆、曲轴、轮毂、转向节等承受循环交变载荷,且大多存在拐角、台阶等容易产生应力集中的部位和缺口,因而容易产生疲劳断裂。对此,本文针对目前汽车锻件中常用的两种非调质钢30Mn VS和49Mn VS,采用金相、扫描电镜、透射电镜及相分析等手段首先分析了其组织性能特征,随后采用光滑和缺口疲劳试样(应力集中系数Kt=1、2.1和3.9)及C(T)试样,通过旋转弯曲疲劳实验和疲劳裂纹扩展速率实验重点研究了其高周疲劳断裂行为,并与调质钢40Cr等进行了对比。本研究得到以下结论:微观组织和力学性能分析结果表明,两种实验钢锻态组织均为铁素体-珠光体,其中30Mn VS钢中铁素体特别是晶内铁素体含量明显高于49Mn VS钢,前者较高的V、N含量及较低的C含量使得其M(C,N)析出相的数量较后者提高约44%,这使得前者铁素体的显微硬度明显高于后者。30Mn VS钢的抗拉强度低于49Mn VS钢,但是前者的屈服强度、塑性、韧性及屈强比均高于后者,表现出更好的强度和塑韧性配合。旋转弯曲疲劳实验结果表明,无论是光滑样还是缺口样,锻态30Mn VS钢的疲劳强度及疲劳强度比均明显高于锻态49Mn VS钢,且这种差异随Kt增加而趋于减小。锻态30Mn VS钢具有与调质钢40Cr及调质态30Mn VS钢在不同Kt下相当的疲劳性能,但锻态49Mn VS钢则在不同Kt下具有最低的疲劳性能。锻态30Mn VS钢的疲劳缺口敏感性略高于锻态49Mn VS,具有铁素体-珠光体组织的两种锻态非调质钢的疲劳缺口敏感性也略高于具有高温回火马氏体组织的调质钢。对所有疲劳断口的SEM观察表明,光滑和缺口疲劳试样的断裂绝大多数起裂于光滑试样表面和缺口根部表面基体组织。根据本研究结果及相关文献数据,提出了仅包括微观组织参数(组成相体积分数和显微硬度)来预测中碳铁素体—珠光体型非调质钢光滑疲劳极限的一种简单实用方法;并可将缺口疲劳极限表示为Kt的幂函数,其系数等于光滑样疲劳极限,且可依据碳含量的不同而分为两组。疲劳裂纹扩展速率实验结果表明,锻态30Mn VS钢的疲劳裂纹扩展速率da/d N略高于锻态49Mn VS钢,且这种差异在较高ΔK的情况下较为明显。这主要是由于块状铁素体对疲劳裂纹扩展的阻碍作用低于片层状的珠光体。这也进一步证实,实验钢的高周疲劳性能主要受疲劳裂纹萌生和早期扩展的控制。
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