35CrMo鋼拉伸及疲勞性能分析

35CrMo鋼具有良好的綜合力學性能,是工業(yè)生產(chǎn)特別是汽車行業(yè)中常用的一種合金結構鋼。由于其在加工成型及使用過程中會有不同程度的扭轉預應變過載,例如汽車傳動軸、發(fā)動機曲軸等在啟動及停機的瞬間,這些構件往往會產(chǎn)生扭轉預應變過載,而這些過載對材料的常規(guī)力學性能及疲勞性能必定帶來一定的影響。目前對于35CrMo鋼在預扭轉強化及預拉伸強化后的力學性能的研究報道不多,特別是在扭轉預應變后的高周、低周疲勞性能還不甚了解。
    本章以35CrMo鋼為研究對象,從拉伸和疲勞性能的角度入手,研究扭轉預應變后材料的力學性能及高、低周疲勞性能。為此,本文專門設計了拉伸和扭轉、疲勞和扭轉兩用的試樣,通過預扭轉不同的角度和預拉伸不同的應變,系統(tǒng)研究35CrMo鋼在預拉伸強化和預扭轉強化后的力學性能及扭轉預應變下低周及高周的疲勞性能,重點分析了扭轉預應變后35CrMo鋼的拉伸性能、疲勞極限、S-N曲線、循環(huán)硬化軟化特性、滯后回線、塑性應變能及循環(huán)彈性模量的變化規(guī)律,并對高周及低周疲勞試驗的斷口進行了掃描電鏡分析,得到如下主要結論：
    (1)35CrMo鋼試件在拉伸和扭轉試驗中都沒有明顯的屈服平臺；扭轉預應變可以提高35CrMo鋼試件拉伸時的屈服強度和抗拉強度,而降低了試件的拉伸應變硬化指數(shù)和強度系數(shù)；預拉伸強化可以提高35CrMo鋼試件扭轉時的剪切屈服強度,但對剪切強度極限的影響很小
    (2)通過升降法測得預扭轉0、3π/4、7π/4時35CrMo鋼高周疲勞極限分別為321.6MPa、308.12MPa、294.90MPa;在相同的循環(huán)應力幅作用下,有預扭轉角試件的疲勞壽命明顯比沒有預扭轉角試件的疲勞壽命低,且預扭轉角越大,相應的疲勞壽命越低。
    (3)預扭轉0、π/4、3π/4、5π/4時35CrMo鋼低周疲勞試件均表現(xiàn)出循環(huán)軟化現(xiàn)象且循環(huán)軟化規(guī)律及衰減的程度基本相同；試件經(jīng)預扭轉強化后出現(xiàn)了加工硬化,其應力應變滯后回線中加卸載曲線間的寬度隨著預扭轉角的增大而減小,即在疲勞循環(huán)中塑性應變的范圍在減小；試件的循環(huán)彈性模量都隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸降低,且隨著預扭轉角的增大,疲勞試件的循環(huán)彈性模量衰減趨勢減緩,降低的幅度也在減??；而塑性應變能都隨著疲勞循環(huán)次數(shù)的增大而增加,且隨著預扭轉角的增大,塑性應變能下降的幅度在增加。
    (4)35CrMo鋼高周及低周疲勞裂紋都萌生于試件的表面且裂紋源區(qū)的斷面比較光亮平坦,在裂紋擴展區(qū)中都有大量的二次裂紋產(chǎn)生；預扭轉試件的疲勞臺階高度要比沒有預扭轉試件的疲勞臺階高度要高,且隨著預扭轉角的增大而增高；高、低周疲勞斷口瞬斷區(qū)具有明顯的韌窩形貌和二次裂紋及開裂現(xiàn)象。