【摘要】：為評估抗疲勞主要參量對S-N曲線的作用規(guī)律,采用雙參數(shù)疲勞壽命模型作為分析基礎(chǔ),引入材料本征S-N曲線概念,將制造參量轉(zhuǎn)化為制造結(jié)果參量系數(shù),在從理論模型角度系統(tǒng)分析各個參量對壽命曲線的作用規(guī)律的基礎(chǔ)上,進一步對實驗獲得的高溫合金GH4169在成型機加工、表面完整性機加工和表面高能強化三種制造工藝下的疲勞S-N數(shù)據(jù)進行疲勞抗力系數(shù)M_f和理論疲勞極限S_c對應(yīng)力集中系數(shù)K_t的敏感性進行分析。結(jié)果表明:高能強化可顯著提高光滑試樣和缺口試樣的疲勞性能;對于光滑構(gòu)件或低應(yīng)力集中系數(shù)的構(gòu)件,高能強化對疲勞性能的提高主要表現(xiàn)在提高了疲勞抗力系數(shù);而對于高應(yīng)力集中系數(shù)的構(gòu)件,高能強化對疲勞性能的提高主要表現(xiàn)在提高了理論疲勞極限;此外,利用結(jié)果參量系數(shù)分析S-N曲線的方法,對于理解抗疲勞制造機理具有重要參考價值。
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圖片說明： ac的數(shù)值發(fā)生改變。現(xiàn)逐一考慮宏觀應(yīng)力集中Kt和三個制造結(jié)果參量對疲勞產(chǎn)生的驅(qū)動力和阻力的影響，將這四個因素引入兩參數(shù)疲勞S-N曲線，建立新的模型。(1)宏觀應(yīng)力集中對疲勞壽命的影響宏觀應(yīng)力集中使構(gòu)件缺口根部形成應(yīng)力梯度，放大了構(gòu)件承受的名義應(yīng)力，因此，其主要作用表現(xiàn)為使疲勞驅(qū)動力產(chǎn)生明顯增加。在彈性范圍內(nèi)，，構(gòu)件缺口表面所受的真實應(yīng)力為Sa=KtSn，將其代入式(3)，可得式(4)。Nf=Cf［KtSn－Sac］－2(4)式中:Sn為缺口構(gòu)件所承受的名義疲勞應(yīng)力幅。圖1(a)給出了S-N曲線隨著應(yīng)力集中系數(shù)Kt的變化規(guī)律。Kt越大，疲勞性能急劇降低。(2)表面形貌對疲勞壽命的影響不同的制造工藝產(chǎn)生不同的表面形貌，包括表面紋理，粗糙度等。從微觀上看，表面輪廓高低起伏，可看作是微區(qū)的眾多缺口，這些微觀缺口會在表面造成應(yīng)力集中，加劇疲勞開裂的產(chǎn)生。表面應(yīng)力集中增加疲勞產(chǎn)生的驅(qū)動力，用系數(shù)Ks表示表面應(yīng)力集中產(chǎn)生的影響。Ks是大于1的，當(dāng)Ks=1表示無表面應(yīng)力集中，Ks越大表示表面應(yīng)力集中越大。構(gòu)件缺口根部疲勞危險微區(qū)承受的真實應(yīng)力為Sa=Ks(KtSn)，代入式(3)可得式(5)。圖1應(yīng)力集中系數(shù)和制造結(jié)果參量對S-N曲線形狀的影響(a)應(yīng)力集中系數(shù)Kt;(b)表面應(yīng)力集中影響系數(shù)Ks;(c)殘余應(yīng)力Sσ;(d)表層組織結(jié)構(gòu)影響系數(shù)α和βFig．1EffectofstressconcentrationcoefficientandinfluencingfactorscausedbymanufactureonS-Ncurves(a)stressconcentrationcoefficientKt;(b)surfacestressconcentrationfactorsKs;(c)residualstressSσ;(d)microstructurefactorsαandβofsurfacelayer70
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圖片說明： 航空材料學(xué)報第37卷圖2GH4169高溫合金在650℃下的S-N曲線Fig．2S-NcurvesofGH4169superalloyat650℃(a)Kt=1;(b)Kt=3表2式(9)對GH4169高溫合金在650℃下S-N數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果Table2FittingresultsofexperimentaldataofGH4169superallogyfittedbyequation(9)at650℃KtTraditionalmachiningprocessMachiningprocesswithsurfaceintegritySurfacestrengtheningMfScMfScMfSc13．81×1096463．92×1096131．78×101066722．98×1094162．27×109445－－32．87×1082673．46×1082656．41×10859741．48×1082302．58×1082642．77×108553素α。在高應(yīng)力集中(Kt＞3)區(qū)域Mf對Kt的敏感性下降，可能是由于在高應(yīng)力集中下組織結(jié)構(gòu)的強化效果α的作用效果更明顯，而表面應(yīng)力集中Ks的作用效果弱化。成型加工和表面完整性加工的試樣，并未表現(xiàn)出明顯的差異。成型加工和表面完整性加工都是磨削加工成型，但是具體工藝參數(shù)不同，本研究選取的工藝參數(shù)并未引起疲勞抗力系數(shù)的顯著變化。表面高能強化的曲線高于機加工的狀態(tài)，說明表面強化比機加工提升疲勞抗力系數(shù);另一方面，表面強化曲線的斜率大于機械加工，說明表面強化試樣的Mf的衰減對Kt更敏感。將機加工試樣和表面高能強化試樣進行比較發(fā)現(xiàn)，在Kt=1時高能強化的Mf值明顯高于機加工試樣;隨著Kt的增加，兩者的差異越來越小;當(dāng)Kt≥3時這種差異變得非常校這說明，隨著Kt的增加，制造工藝的不同對疲勞抗力系數(shù)Mf影響的差異性越來越校換言之，當(dāng)應(yīng)力集中系數(shù)較小時，構(gòu)件采圖3不同表面狀態(tài)下疲勞抗力系數(shù)Mf和理論疲勞極限Sc隨Kt的變化規(guī)律(a)Mf隨K
【作者單位】： 西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院;中國航發(fā)北京航空材料研究院;
【基金】：973項目資助
【分類號】：TG132.3

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本文編號：2515004