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氫對60Si2CrVA高強(qiáng)度彈簧鋼（化學(xué)成分）超高周疲勞性能的影響
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-05-27
針對常用的高強(qiáng)度彈簧鋼60Si2CrVA，采用不同的處理工藝制備了3種不同氫含量水平的樣品，進(jìn)行了氫熱分析及超聲波疲勞試驗(yàn)，以期探討對其超高周疲勞性能的影響規(guī)律。
??? 傳統(tǒng)的疲勞數(shù)據(jù)往往局限于107周次以下，然而一些重要的機(jī)械零部件，如發(fā)動機(jī)部件、汽車承力運(yùn)動部件、鐵路輪軸和軌道、飛機(jī)、海岸設(shè)備等，往往承受高頻低應(yīng)力幅循環(huán)載荷的作用，其實(shí)際疲勞壽命要求已經(jīng)超過了107循環(huán)周次。材料的超高周疲勞（VHCF）是目前國際疲勞界的一個研究熱點(diǎn)。
通常在非金屬夾雜物的周圍存在一個特殊的區(qū)域，在掃描電鏡下為一個粗糙的粒狀亮區(qū)（GBF）。GBF區(qū)的形成對高強(qiáng)度鋼的超高周疲勞破壞行為具有十分重要的影響，因?yàn)榻^大部分如超過90%甚至99%的疲勞壽命消耗在GBF區(qū)的形成上。許多研究結(jié)果表明，氫可能在GBF區(qū)的形成過程中起著十分重要的作用。為此，針對常用的高強(qiáng)度彈簧鋼60Si2CrVA，采用不同的處理工藝制備了3種不同氫含量水平的樣品，進(jìn)行了氫熱分析及超聲波疲勞試驗(yàn)，以期探討對其超高周疲勞性能的影響規(guī)律。
試驗(yàn)用料為商業(yè)高強(qiáng)度彈簧鋼60Si2CrVA，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：C0.6000，Si1.5200，Mn0.5100，P0.005，S0.005，Cr0.5000，V0.1500，O0.0008，N0.0090。將上述試驗(yàn)料加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣（l0=5d0，d0=5mm）、超聲波疲勞試樣及測氫試樣（Φ10mm×30mm），并進(jìn)行不同的處理，以獲得不同含量的氫。淬火＋回火處理的樣品標(biāo)記為QT，真空淬火＋真空回火的樣品標(biāo)記為VT，淬火＋回火處理后再進(jìn)行充氫處理的樣品標(biāo)記為CH。其中樣品CH和QT在普通空氣電爐中進(jìn)行熱處理，而樣品VT則在真空熱處理爐中進(jìn)行真空淬火＋真空回火處理。3種樣品的處理工藝及氫含量見表1。
表1??試驗(yàn)料的處理工藝及氫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）
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試樣
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處理方法
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氫處理方法
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擴(kuò)散氫量（CD）/10-6
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非擴(kuò)散氫量（CN）/10-6
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總氫量（CT）/10-6
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VT
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Q+T1）
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真空淬回火
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-
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0.03
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0.03
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QT
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Q+T
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未氫處理
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-
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0.18
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0.18
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CH
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Q+T
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陰極充氫2）
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0.98
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0.34
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1.32
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注：1）Q+T：900℃，30minOQ+410℃×90min?AC；2）CH氫處理方法：0.1mol/L的NaOH水溶液中充氫72h，電流密度為10mA/cm2，在室溫環(huán)境下放置36h。
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利用TDS氫熱分析及超聲波疲勞等試驗(yàn)方法研究了3種不同氫含量的超高強(qiáng)度彈簧鋼60Si2CrVA的超高周疲勞性能。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
（1）TDS分析結(jié)果表明，電解充氫樣（CH樣）的氫逸出曲線在低溫側(cè)（-200℃）有一個強(qiáng)的氫逸出峰，在高溫側(cè)（425℃）有一個弱的氫逸出峰；QT樣和VT樣則僅在450℃附近有一弱的氫逸出峰。
（2）隨著鋼中氫含量的增加，60SiCrVA彈簧鋼的強(qiáng)度基本不變而塑性有較大程度的損失。
（3）試驗(yàn)料的超高周疲勞強(qiáng)度隨鋼中氫含量的增加而明顯下降，通過非線性擬合的方法，得到了60Si2CrVA彈簧鋼疲勞強(qiáng)度與氫含量的近似關(guān)系式。
（4）試驗(yàn)料的超高周疲勞破壞主要起裂于內(nèi)部夾雜物且在夾雜物周圍有明顯的GBF區(qū)，隨著氫含量的增加，GBF（粒狀亮區(qū)）的面積顯著增加。
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