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大口径厚壁不锈钢管的疲劳极限及断口分析

时间:2019-4-26 16:07:46   来源:  作者:不锈钢无缝管

大多数机器用的厚壁不锈钢管是在重复或交变应力作用下工作的。如各种发动机曲轴、机床主轴、齿轮、各种滚动轴承等。大口径不锈钢管材料在小于以下的重复交变应力作用下发生断裂的现象称为“大口径不锈钢管的疲劳”。

    (一)疲劳极限实践证明,材料所受重复或交变应力 与其断裂前的应力循环次数Ⅳ有如图1-16所示的曲线关系。该曲线称为“疲劳曲线”或o-一Ⅳ曲线。从曲线可以看出,应力 愈低,则断裂前的循环次数Ⅳ愈多。当应力降至某一定值后,疲劳曲线与横坐标轴平行,即表示在一定条件下当应力低于某一定值时,材料可能经受无限次应力循环而仍不发生疲劳断裂。此应力值叫做“疲劳极限”。当应力循环对称时。对厚壁不锈钢管来说,如N达100~107次仍不发生疲劳断裂,则可认为随着Ⅳ的继续增加,将不会再发生疲劳断裂了。因此可以采用Ⅳ=107为基数,确定大口径不锈钢管的疲劳极限。对于有色大口径不锈钢管,一般则需规定应力循环次数在108或更多周次才能确定其疲劳极限。

    (二)疲劳断口分析疲劳断口一般由两部分组成。一部分是疲劳裂纹扩展部分,其特征是因经过摩擦而较光滑,有时并可观察到若干弧形或放射形的特征。另一部分是突然断裂部分。从疲劳断口的特征可以看出,疲劳裂纹的发生和发展与大口径不锈钢管内部结构的变化有关。

    疲劳断裂的过程:现在一般认为在重复或交变应力作用下,其应力值虽然远小于其抗拉强度,但厚壁不锈钢管材料表面层某些晶粒,由于位向或其他原因造成大于  的应力,产生局部塑性变形而导致微裂纹,或由于材料表面有夹杂、划痕及其他造成应力集中的缺陷,而导致微裂纹的产生。这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展,直至未裂的截面大大减小,以致不能承受所加载荷而突然断裂。

    如上所述,为了提高大口径厚壁不锈钢管的疲劳极限,除了改善其结构形状,避免应力集中外,还可以通过提高零件表面加工光洁度和采取各种表面强化的方法来达到。表面层形成的残余应力对疲劳极限的影响非常大。一般来说,表面层存在压应力可使零件工作时产生疲劳裂纹的拉应力值降低,从而大大提高其疲劳极限。

    在表面强化的方法中,喷丸处理、表面冷轧、化学热处理及表面淬火等方法得到了广泛应用。


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