1. 1材料及试样
试验用材料为1Cr18N i9T ,i其化学成分(重量百分比)为C: 0. 05, M n: 1. 40, P: 0. 01, S: 0. 0035,S :i 0. 42, N :i 9. 60, Cr: 18. 00, T :i 0. 40, A :l 0. 06.材料的延伸率和断面收缩率分别为53%和62%.
试样为板式试样,板厚度1mm,为了易于裂纹发生,在试样长度方向中点的两侧开半圆孔,试样尺寸及形状所示。
1. 2试验设备及原理
采用XL2102动态电阻应变仪进行数据采集。试件以悬臂约束方式固定在台上。
1. 3试验过程
在进行正式试验前,进行预试验确定应变片粘贴的位置以及校核振动台的激振力。通过对数扫频确定试件的固有频率,在扫频过程中,首先从低频到高频,然后再从高频回扫到低频,通过控制扫频速度提高两次扫频曲线的重合程度,保证扫频结果的准确度。
振动疲劳试验在略低于一阶固有频率的频率下进行,激振系统给振动台一个正弦激振力,力的大小可通过调节G值来控制。应变片将信号传递给动态电阻应变仪,应变仪可以传递出电压信号,通过电压表测得试件在振动过程中的电压峰值,再换算成应力。
当试件中裂纹尺寸达到4mm时,认为试件破坏,停止试验,记录应力水平和载荷循环次数。然后降低应力水平进行另一个试件测试,如果试件在循环次数达10 7都还没有裂纹产生,则停止试验,并认为该应力水平即为疲劳极限。用扫描电镜进行断口分析,观察疲劳裂纹萌生、扩展及*终断裂特征。
2试验结果与讨论
2. 1 S- N曲线
由图可见,在高应力水平时,试件经过很少循环次数就产生裂纹并断裂。随着应力水平的降低,试样的寿命也不断增加,材料的振动疲劳极限为218 MPa.
2. 2微观断口分析
激振加速度0. 73g,激振频率57. 4H z,应力295MPa时的断口照片。可见,在试样断面中间有凸起,说明裂纹是从两表面同时向中间扩展。
裂纹发生于试样表面所示,试件表面的划痕和缺陷都可能成为裂纹源,因此,试件表面质量对疲劳裂纹发生以及疲劳寿命有非常大的影响。疲劳纹,说明本试验中的振动损伤是典型的疲劳破坏。还可以看到断裂表面有夹杂物和垂直于断面的二次裂纹。
(激振加速度0. 73g,激振频率57. 4H z,应力295MPa,循环次数为2066400次)
3结论
本文对1Cr18N i9T i板材在悬臂约束、正弦激励下的振动特性进行了研究,并对断口进行了分析,得出如下结论:( 1) 1Cr18N i9T i的疲劳极限为218MPa.
( 2)疲劳裂纹发生于试件表面,裂纹源为表面缺陷,是典型的疲劳破坏。