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超高強鋼夾雜物疲勞斷裂行為


  超高強度鋼的機械性能特別是低周疲勞LCF(low-cycle fatigue)明顯受到非金屬夾雜物的影響,而非金屬夾雜物的對LCF的貢獻還受到夾雜的類型和加載應力位相的影響。夾雜可以是冶煉過程中產生的外生夾雜,也可能是合金鋼固有的析出內生夾雜。
 
  鋼中的非金屬夾雜影響經過多年的研究,雖然有些觀點相互矛盾,總體上看,對疲勞的影響包括:夾雜尺寸大小,夾雜形狀,夾雜附著到肌體的形式,夾雜和肌體的彈性係數等。
 
  夾雜尺寸,夾雜形態和試樣表麵狀態影響著材料的疲勞性能。有Brooksbank和Andrews研究了軸承鋼的疲勞壽命,指出夾雜低的膨脹係數惡化了鋼的疲勞性能,而孔洞形成並不惡化疲勞性能,或者反而有利。很多的研究工作圍繞著軸承鋼,重點在冶煉過程和軋製後鋼材的潔淨度上。

  夾雜物的形狀影響到低周疲勞壽命,而且加載的主應力和夾雜物位相之間的關係也直接影響到低周疲勞壽命。實驗表明並不是所有的類似的夾雜物具有相同的低周疲勞壽命影響,立方體結構的TiN夾雜和線狀氧化物夾雜相比,是容易確定其低周疲勞壽命的。

  鋼中的鈦元素在凝固時期的析出屬於高溫析出,析出物TiN尺寸較大,雖然是納米級,但是都接近了μ級,甚至達到在10-15μm的水平上,文章中的TiN就處於大尺寸範圍內,無疑對材料的疲勞壽命產生重要的影響,大大惡化了疲勞性能。所以在生產疲勞性能要求高的鋼種中,必須控製鋼中的鈦含量,一般不要使用鈦元素來作為合金元素,如果沒有辦法就要控製過熱度,防止粗大的TiN析出。