在超高周疲勞領域SUJ2軸承鋼GBF區的裂紋擴展過程

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在超高周疲勞領域SUJ2軸承鋼GBF區的裂紋擴展過程

超高周疲勞（VHCF）在飛機、汽車、鐵道及其它工業領域受到越來越多的關注，傳統的疲勞研究已經不能滿足工業領域的要求，迫切要求考察材料在VHCF領域的疲勞現象和損壞機理。

高強度鋼在VHCF領域的疲勞裂紋常常在內部的非金屬夾雜物處萌生，用光學顯微鏡觀察斷口時非金屬夾雜物近旁為光學暗區，而用掃描電鏡觀察時則被稱之為粒狀光亮刻面（GBF）。普遍認為，由內部非金屬夾雜物引發的高強度鋼在VHCF領域的疲勞壽命90%以上與GBF的形成有關。因此，為了進一步了解VHCF的損壞機理，必須判明GBF的形成機理和裂紋在其中的擴展過程。

在本項研究中，選擇高強度軸承鋼JIS SUJ2作為試驗材料，考察GBF尺寸與應力幅、夾雜物大小以及疲勞壽命之間的關系。在GBF中裂紋擴展過程通過低-高兩級可變振幅加載試驗進行考察。試驗結果如下。

（1）GBF的尺寸隨著施加應力振幅的加大而減小，在給定的應力振幅下GBF的尺寸為常數，與夾雜物大小無關。在給定應力振幅條件下，疲勞壽命與夾雜物的-8次方成正比，隨著夾雜物加大而降低。

（2）在給定應力振幅條件下，GBF裂紋在疲勞壽命的早期就已形成，形成之后直至接近疲勞壽命終結之前幾乎不擴展。GBF裂紋在短時間內快速擴展到最終的GBF尺寸。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第12期

作者：Y.D.Li et al

編譯：張英才