材料研究学报

作者：岑耀东, 计春娇, 包喜荣, 王晓东, 陈林, 董瑞

单位：内蒙古科技大学材料科学与工程学院 包头 014010

关键词：金属材料,重轨钢,组织,疲劳断裂,裂纹扩展,应力应变

基金：内蒙古自治区重点研发和成果转化计划(2023YFHH0036);内蒙古自然科学基金(2024LHMS05033);内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(2023QNJS002, 2023YXXS007, 2024YXXS039);国家自然科学基金(52161008)

用扫描电镜(SEM)观察不同冷速的在线轧态、在线热处理态、实验室热处理态(冷速递增)珠光体重轨钢的珠光体片层，用疲劳试验机和应变仪测定重轨钢的拉-拉疲劳实验中长度不同的裂纹尖端应变场云图并基于Abaqus建立应力和应变模型，研究重轨钢的疲劳裂纹尖端的力学行为。结果表明：随着冷速的递增珠光体片层的间距递减，随着疲劳裂纹的扩展裂纹周围的应力场强和裂纹尖端的应力强度因子K增大，应力场呈显著的“蝴蝶状”，其中实验室热处理态重轨钢长度为1、2、3 mm处裂纹的应力强度因子K分别为13.53、14.58和15.54 MPa·m1/2，远比相同裂纹长度的在线轧态和在线热处理态重轨钢的大。随着疲劳裂纹长度的增大，裂纹尖端附近等效应变区域增大。三种冷速的重轨钢的裂纹长度相同时，随着珠光体片层间距的递减裂纹尖端等效应变值随之递减，裂纹长度为较长的3 mm时等效应变值模拟结果分别为0.074、0.067、0.055，而应变实验分别为0.082、0.064、0.058。模拟仿真结果与应变场实验结果最大误差为9.7%，验证了模型的可靠性。模拟和实验结果均表明，重轨钢珠光体片层间距越小则扩展过程中的疲劳裂纹其尖端的应力强度因子K越大，产生的等效应变越小，其抵抗断裂能力越强和疲劳性能越高。

来源：2024年第9期

《材料研究学报》期刊编辑部

查看材料研究学报杂志2024年第9期