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從沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室獲悉,該實驗室材料疲勞與斷裂研究部研究員李守新等人通過實驗證實,對一些商業(yè)用高強鋼,通過改進冶煉水平,將夾雜物平均尺寸減小一半,可使其疲勞壽命提高100倍,疲勞強度提高10%,從而系統(tǒng)揭示了夾雜物對高強鋼超高周疲勞行為的影響機制。相關(guān)成果日前發(fā)表在《國際材料評論》期刊上。
材料斷裂破壞常突然發(fā)生,并容易導(dǎo)致災(zāi)難性的設(shè)備事故和人身事故。因此,斷裂破壞一直為工程界所重視。在機械的斷裂事故中,絕大部分是由鋼的疲勞引起。而統(tǒng)計表明,高強鋼超高周疲勞斷裂絕大多數(shù)是由內(nèi)部缺陷特別是夾雜物引起的。因此,對于航空、航天、汽車、高速列車、輪船和核電等工業(yè)中的一些承受超高周載荷的重要結(jié)構(gòu)件高強鋼而言,了解其疲勞性能意義重大。
李守新等通過研究證實,彈簧鋼、軸承鋼等高強鋼在超高周疲勞(應(yīng)力循環(huán)次數(shù)一般在107~109周)條件下,大尺寸夾雜對疲勞危害很大,而小尺寸夾雜對疲勞的危害很小,甚至對某些力學(xué)性能產(chǎn)生有益影響。對于一些高強鋼,在高周疲勞情況下(應(yīng)力循環(huán)次數(shù)105~107周),夾雜物的臨界尺寸約在6~10微米,而在超高周疲勞情況下,夾雜物的臨界尺寸約在3~5微米。研究還表明,臨界夾雜尺寸隨強度的提高而趨向偏小的值。
此外,研究還發(fā)現(xiàn)氫含量1ppm(百萬分率)以上將顯著降低高強鋼的疲勞強度,氫含量在2ppm時疲勞強度可能下降到原來的70%,并從數(shù)學(xué)上確定了氫對疲勞強度的影響因子。
研究人員表示,利用相關(guān)科學(xué)方法可以根據(jù)金相試樣上觀察到的多個夾雜物尺寸,預(yù)測不同體積鋼中最大夾雜物的尺寸,再結(jié)合高強鋼中的氫含量,就可以對高強鋼的疲勞性能進行評估,這在工業(yè)應(yīng)用上具有重要意義。
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