夹杂物尺寸及位置对51CrV4弹簧钢疲劳寿命的影响

xin0624

随着现代列车的不断提速，对列车关键零部件之一的转向架弹簧的各项性能，尤其是疲劳性能提出了更高的要求。弹簧钢的疲劳性能主要取决于其强度、表面质量及内部缺陷（夹杂物、白点、孔洞等）。大量研究表明，非金属夹杂物是高强钢疲劳断裂的主要原因之一，它的尺寸、位置、种类等特征参数对钢的疲劳性能有重要影响。51CrV4弹簧钢是德国西门子标准钢号，相当于国内的50CrVA钢，科研人员研究了夹杂物尺寸及位置对51CrV4弹簧钢疲劳寿命的影响。试验钢的化学成分为0.52C、0.30Si、1.00Mn、0.01P、1.09Cr、0.16V、0.0045Sn、0.00095O、0.006S、0.00012H。通过对疲劳断口采用能谱仪、扫描电镜等分析，研究人员发现：51CrV4弹簧钢的疲劳强度为702.5MPa，疲劳裂纹均起裂于近表面夹杂物处，夹杂物主要为椭球状且塑性较低的复杂氧化铝类夹杂，疲劳源周围呈“鱼眼”形状，并向四周发散，为鲜明的“贝壳条纹”。随着应力水平的提高，其疲劳裂纹源有内向外迁移，同时随着夹杂物尺寸的减小和夹杂物距表面距离的增大，疲劳寿命不断提高。在710MPa应力水平下，试验钢近表面夹杂物的临界尺寸为5.47μm。