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两种加载频率下LZ50车轴钢疲劳短裂纹行为对比研究
| 论文题名： | 两种加载频率下LZ50车轴钢疲劳短裂纹行为对比研究 |
| 关键词： | 轨道车辆;车轴钢;疲劳性能;裂纹行为;载荷频率 |
| 摘要： | 对于光滑表面结构疲劳破坏，疲劳短裂纹萌生与扩展阶段占据了服役寿命的绝大部分。LZ50车轴钢是广泛应用于我国提速与重载轨道车辆车轴制备的钢材之一，在服役过程中所受载荷频率可能会发生变化，这可能导致材料疲劳性能因之而改变。但目前在载荷频率对材料疲劳性能影响方面的认识尚不统一，研究加载频率对LZ50车轴钢疲劳短裂纹行为的影响具有重要的理论价值和工程意义。基于此，通过完成两种加载频率(15Hz和180Hz)下LZ50车轴钢材料光滑漏斗形试样的疲劳短裂纹复型试验，本学位论文开展了以下研究工作: 1.通过对复型结果观察和分析，结合材料的金相、随机硬度和机械性能测试，研究了两种加载频率下疲劳短裂纹萌生与扩展机理。观察发现:两种加载频率下，裂纹均萌生于硬度较小的铁素体晶粒内部或是晶界处;在微观短裂纹(MSC)阶段，主导有效短裂纹(DESFC)经历了两次显著降速，且两次降速时对应的DESFC尺度分别与铁素体等效直径和富珠光体带状结构间距尺寸相当;在物理短裂纹(PSC)阶段，DESFC扩展占据了主导地位，其尺度持续增长，微观组织的影响不再显著。 2.通过比较两种加载频率之间DESFC扩展率曲线和ESFCs密度曲线，可见各曲线很大程度上重叠，变化趋势基本一致，加之两种加载频率下疲劳试样断口形貌大致相同，加载频率的不同未对该材料疲劳短裂纹行为产生显著影响。但在MSC阶段，15Hz下试样的DESFC扩展率整体略高于180Hz下的试验结果，试验前后显微硬度分析表明，较低加载频率使材料能更充分地接受交变载荷的作用，有利于循环硬化进程的发展，导致材料局部区域韧度下降，脆性增加，形成更有利于裂纹扩展的条件，成为较低加载频率下短裂纹扩展率在MSC阶段略高的可能原因。 3.从总体拟合效果、与疲劳失效机制的一致性及尾部参量预测安全性三方面，对DESFC尺度、寿命分数和ESFCs密度三个特征参量进行了统计演化规律对比研究。最终结果显示两种加载频率下LZ50车轴钢疲劳短裂纹统计结果并无显著差异。 4.最后，基于考虑多种微观结构障碍对短裂纹扩展周期性影响的模型，对两种加载频率下典型试样试验数据进行拟合。从拟合效果来看，该扩展率模型较好的描述了试验数据，且能够反映出不同微观结构障碍对短裂纹行为的周期性影响。 |
| 作者： | 马佰全 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杨冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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