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不同强韧性下的厚壁圆筒
的疲劳寿命规律研究
任安峰
包头014024内蒙古金属材料研究所
液压循环试验,研究得到了其疲劳寿命规律。为工程设计提供了重要依据。
关键词厚壁圆筒液压循环试验疲劳寿命
1引言
材料或构件的疲劳寿命与材料的强度和韧性有很大关系,这己被很多研究成果所证
实。但是,材料的强度和韧性是一对矛盾体,在一定条件下,提高强度就会降低韧性,反
之,提高韧性就会降低强度。究竟强度高、韧性低或强度低、.韧性高对材料或构件的疲劳
寿命最有利,还是强度和韧性匹配合理对材料或构件的疲劳寿命最有利,这是工程设计中
所急需解决的问题。
本研究针对上面问题,将材料制成厚壁圆筒试样,通过不同热处理工艺调整材料的强
度和韧性,通过对试样内腔施加循环内压,研究了材料的不同强韧性对厚壁圆筒疲劳寿命
的影响规律,得到了只有材料的强度和韧性达到最佳匹配时,才对疲劳寿命最有利的结论。
本研究结果对工程应用有很大的价值。
2过程试验方法及其过程
2.1库壁圆筒的材料及其力学性能
理工艺和力学性能如表1所示。
2.2厚壁圆筒试样的有关参数
厚壁圆筒试样经热处理后精加工成如图1所示的结构与尺寸(见表2),然后经过液
压自紧处理,其自紧参数如表2所示。自紧处理后,用机械加工方法在厚壁圆筒试样内表
面中部沿轴向预制了人工裂纹,其形状如图i所示,其尺寸如表3所示。
2.3厚壁圆筒试样的液压循环疲劳试验
厚壁圆筒试样在预制了人工裂纹以后,两端密封并装在试验工装上,由液压循环疲劳
试验机向其内腔反复旌加选定的循环液压.直到发生疲劳破坏为止。试验过程中记录下循
环压力和循环次数。
3试验结果与讨论
各厚壁圆筒试样经液压循环疲劳试验破坏后,打开其疲劳断口,其中7、23、24和28
号试样的疲劳断口如图2所示。由图2可以看出,各厚壁圆筒试样的疲劳裂纹都属于半椭
圆形,它们的破坏方式都属于“穿透型”(临界裂纹深度基本等于圆筒壁厚)。
各厚壁圆筒试样的循环压力、人工裂纹尺寸、临界裂纹尺寸和疲劳寿命如表3所示。
预制裂纹尺寸和自紧度基本相近,而7、9、22、24和25号厚壁圆筒试样的人工预制裂纹
尺寸和自紧度基本相近。因此,把它们分成两组分别相比较,绘出屈服强度o。,与疲劳
寿命N的关系曲线,如图3所示,图中①号曲线表示第一组的关系曲线,②号曲线表示第
.575·
由图3可以看出,厚壁圆筒试样的疲劳寿命随着材料的强度增加而增加,但是当强度
增加达到一定高值而韧性显著降低时.试样的疲劳寿命开始下降。这说明在同一种材料条
件下,当材料的强度和韧性匹配到达最佳时,厚壁圆筒的疲劳寿命最长。因此,在设计高
E,N壁圆筒构件时,不应片面追求高强度或高韧性材料.而应合理匹配材料的强度与韧性,
使厚壁圆筒构件的疲劳寿命满足设计要求(一定的疲劳寿命或最长的疲劳寿命)。
4结论
材料的强度和韧性对厚壁圆筒的疲劳寿命的影响十分显著,随着强度提高,疲劳寿命
增加,但当强度达到一定高值而韧性显著下降时,疲劳寿命减小。只有当材料的强度和韧
性匹配最佳时,厚壁圆筒的疲劳寿命才能达到最长。
图1 厚壁圆筒试样的结构尺寸
表1 各试样的热处理工艺和力学性能
厚壁圆筒试样端号 热处理工艺 o n
6 V 吣
正火 淬火 回火 MPa
~ % J
5.7,9.1l,12890℃x3h880℃X3h580℃×4h 1180 13 48 35
空冷 油淬 空冷
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