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球墨铸铁
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损伤
机制
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球墨铸铁的疲劳裂纹扩展的损伤机制,球墨铸铁,疲劳,裂纹,扩展,扩大,损伤,机制
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球墨铸铁的疲劳裂纹扩展的损伤机制 摘要 在 1948 球墨铸铁的发现给了铸铁家庭新的生命。事实上，这些铸铁的特点由高性能和高韧性值，结合铸铁好的性能。球墨铸铁也具有高的疲劳裂纹扩展阻力，虽然此属性还没有广泛的研究。 在目前的工作中，三种不同的铁素体 珠光体球墨铸铁，具有不同的铁素体，珠光体体积的馏分，和等温淬火球墨铸铁被认为是。他们的疲劳裂纹扩展抗力的影响在空气中根据 647标准疲劳裂纹扩展试验，考虑三种不同的 应力比（ R = = 。通过裂纹路径剖面分析进行裂纹路径用光学显微镜。裂纹表面通过扫描电子显微镜广泛的分析考虑传统的程序并进行三维重建表面的定量分析，主要聚焦的石墨结节的脱粘。 简介 在上个世纪上半叶，相结合的一次很好的铸造性能和韧性高价值的目标一部分是由一个扩展的退火处理，可锻铸铁白口铁的手段实现。在该热处理，渗碳体分解，析出的石墨基体中的微观结构的聚集体（铁素体和珠光体）取决于退火温度冷却 循环。高成本为了延长退火处理和铸造白口铁成分的声音困难限制了它的应用。 1943，在国际镍公司的研究实验室，镁除了可以获取包含不片几乎完美的球墨铸铁。 1948，少量的铈可以得到同样的结果。球墨铸铁是目前广泛使用在许多应用，例如，在汽车和卡车的轮子，齿轮和曲轴。这些铸铁的特点是一个很好的组合整体性能：高延展性（超过 18%），高强度（ 850 兆帕，考虑等温淬火球墨铸铁，高达 1600 兆帕）和良好的耐磨性。矩阵控制这些好机械性能和矩阵的名字是用来指定的球墨铸铁类型。铁素体球墨铸铁具有良好的韧性和抗拉强度，相当于一个低碳 钢。珠光体球铁具有很高的强度，良好的耐磨性和温和的延性。铁素体 珠光体等级性质是铁素体和珠光体的中间。马氏体球墨铸铁具有很高的强度，但较低的的韧性和延性水平。贝氏体具有高的硬度等级。奥氏体球墨铸铁具有良好的耐腐蚀性，具有良好的强度和高温下尺寸稳定性。等温淬火球等级很高的耐磨性和疲劳强度 1,2 。在这项工作中，被认为是四种不同的球墨铸铁的珠光体和铁素体： 三 等温淬火球墨熨斗。他们的疲劳裂纹扩展阻力是在考虑加载条件的影响研究（三个不同的负载比）。断裂表面的光的光学显微镜研究了裂纹的方法轮廓分析和 方法。此外，三维定量分析重构表面上进行，主要聚焦的石墨结节脱粘机制。 实验材料和方法 被认为是四个不同的微观结构和化学组合物的球墨铸铁，表 1 4所示。 研究了铁素体 珠光体球墨铸铁的特点是一个非常高的石墨球化元素（图 1）。这意味着，石墨的元素可以被认为是完美的球体嵌入金属矩阵。 等温淬火处理后，奥贝球铁的特点是减少石墨球得到的变性、均匀性好，贝氏体组织，有残留的铁氧体元素在石墨（图 2）。在这种情况下，石墨的元素只能粗略的近似球。 表 1 球墨铸铁的化学成分（ EN 00%铁素体） 表 2 球墨铸铁的化学成分（ EN 0%铁素体 50%珠光体） 表 3球墨铸铁的化学成分（ EN %铁素体 95%珠光体） 表 4等温淬火球墨铸铁 0学成分（全贝氏体） 图 1铁素体 珠光体球墨铸铁的显微组织（硝酸酒精溶液 3） 图 2 奥贝球铁（ 织（硝酸酒精溶液 3） 疲劳裂纹扩展试验，根据 647 标准 3 ，使用 10毫米厚的 凑型）的标本和考虑三个不同的应力比的值（例如 R = 验用 501 液压伺服机计算机控制在恒定的执行荷载振幅条件下，考虑到 20 赫兹的频率，一个正弦波形和实验室条件。裂纹长度进行测量，通过合规的方法使用双悬臂口计使用光学显微镜和控制 （ 40） 。 裂纹路径分析是通过光学显微镜下完成（ ，根据以下程序： 1断裂表面镍镀层（为了在切削表面保护骨折）。 2断裂试样的纵向切割，半厚，沿疲劳裂纹扩展方向（由一个 钻石意味着看到）。 3截面的金相制备（高达 明的 ）。 4化学腐蚀性（ 5） 断裂表面用扫描电子显微镜对飞利浦分析手段（ 三维骨折表面重建的程序进行，以获得定量重建骨折表面和获得对石墨元件脱粘的微观结构的影响的定量分析形态 4 。对应于相同的试样的位置，得到执行是一个立体图像一个真中央工作倾斜绕垂直轴和捕获两个不同的图像，有倾斜角等于 5 。由 件方式执行一个三维表面重建，获得图像如图 3。定量地研究了如图 4 报道的断裂表面轮廓。 图 3。三维重建断口（ 50%铁素体 50%珠光体） 图 4。断裂表面形貌的定量分析 至少 50 的空隙，被认为是所有的球墨铸铁和断裂表面轮廓如图 4 中报道的定量研究。 每个空隙的特点是考虑一个近似球体，几何，和三种不同的考虑了几何参数： 无效的深度是”（ 孔隙直径的“ L”（ 近似球体直径会”（ 这些几何参数之间的关系取决于脱粘过程 。如果石墨元件失效完全是脆弱的，这表明 M 6 的 D / 2 和 L 6 的 D / 2。在另一边，一个球脱粘过程意味着 mD / 2 和 L D / 2，差异，增加韧性损伤的重要性机制。 结果 对疲劳裂纹扩展的应力比和微观组织的影响如图 5所示。为 R = 显微组织的影响几乎可以忽略不计。的应力比的增加，意味着结构的增加的影响， 珠光体与铁素体（ 50 50%）和等温淬火球墨铸铁的特点是较低的裂纹扩展速率施加相同的 第二和第三阶段（巴黎级和最终破裂阶段） ，和较高的最终破裂的价值。较低的 们 与相同的裂纹扩展速率的应力比的增加而降低。 “传统”。 6， 8， 10， 12 和 14）和裂纹剖面 析（图。7， 9， 11， 13 和 15）表明，显微组织对疲劳裂纹扩展的微观影响（裂纹生长，从左至右） 5 在铁素体球墨铸铁的疲劳裂纹扩展的微观连接到韧性条纹代，明显的解理（图6），为所有负载条件下（不依赖于 R 或 此外，石墨球脱粘是显示出较低和较高的 的值（图 7）。这并不意味着自动脱粘一个完整的球体表面的 松动。再者不，在铁素体基体的接触他们一半的表面不失去抓地力的球体表面。作为一个结果，闭合效应是由石墨球体的存在增强。如果球松动 完全与铁素体基体的抓地力，基体韧性变形的增加意味着孔一种机制，类似于微孔增长的凹坑形成的尺寸。如果脱粘是不完整的，也是无效的增长是不完整的，但很明显（图 7）。 图 5对疲劳裂纹扩展的微观结构和应力比的影响。 图 6 素体球墨铸铁（ R = 10 图 7。 素体球墨铸铁（ R = 10 图 8。 光体球墨铸铁 （ R = 10 珠光体球墨铸铁表现出不同的断口形貌，总是不依赖于 R 值。二次裂纹韧性和脆性条纹是疲劳主裂纹扩展微观（图 8）。石墨球脱粘通常是完整的，和降低的孔洞增长观察（图 9）。球体夹在断裂表面的前提是至少一半的球体的表面 在与珠光体基体的接触，但这种情况是不足够的。这个球体的脆弱的脱粘后，它是可以观察到孔内表面表现出明显的孔。 图 9光体球墨铸铁 （ R = 10 结论 在这项工作中，组织对球墨铸铁的疲劳裂纹扩展阻力的影响进行了研究考虑到三的铁素体 珠光体球墨铸铁和等温淬火球墨铸铁。断口形貌进行了观察通过光学显微镜下裂纹剖面分析手段，利用扫描电镜断口分析方 法。三维重建表面进行定量分析，主要集中在石墨结节的脱粘机制。 实验结果可以总结以下几点： 值；在较低的 到类似的裂纹扩展速率。 口分析可以量化的石墨球脱粘元素的重要性为铁素体和珠光体球墨铸铁裂纹闭合机制。 韧性的脱粘界面脱粘水平对应下的疲劳裂纹扩展速率价值观。 奥贝球铁具有一种特殊的阶段分布（铁素体在石墨元件嵌入在珠光体或贝氏体基体盾），这意味着激 活第二裂纹闭合机制的裂纹尖端塑性诱导裂纹的重要性增加由于铁素体和珠光体的不同的力学性能闭合效应（或贝氏体）和特有的相分布 1 006; in 8 007; 0073 007a 948, a to in a of +39 0 F. at 5 (2008) 694 - 211 2007 of of a of by by of an of to as in a or on to 943, in a 948 a on to In by a by by is by an in by of 647 R = by of a an by of a a a D 007 O. F. a 8, . 3, 3043 in by a of up to 8%), up 50 up 600 to by a is to a of by a at a 1,2an of by of by EM a by a 1). be as in a is by a et (2008) 694704 695a of is 2). In be N 100% N 50% 0% N 5% 5% 0BA n . et (2008) 6947041. )647 3, 0 mm T(R = a 501 in a 20 Hz a by of a a an 40)by of a to in to at of a of up .2 5 s)by of a A 3D in to a to a of on 4. to a an a A 3D by eX 3. as 2. )et (2008) 694704 697At 0 as an M ( L ( D (on If it 6D/2 6D/2. On a D/2 D/2, of 3. 3D 50% 0% 4. on 5. = is of an of 5050%) K in I K by of 6, 8, 10, 12 4) OM 7, 9, 11, 13 5) on to 57in to to an 6), K)a is K 7). a of in do As a is by If an of a is to in If is 7). et (2008) 6947045. on 6. R = 10m)7. R = 10 M. et (2008) 694704 699a K 8). is a 9). on is if at of in is it is to an in 8. R = 10 9. R = 10 by by of No of is 10). on is by K 11) as in K a 12 3). As a of as as in 10. R = 1011. R = 10 700 M. et (2008) 69470412. R = 20m)is by of a is to 14). to is of a is to in 15)13. R = 20M. et (2008) 694704 70114. R = 10 15. R = 10to be a by a on 16L D, a in is is by ( 0), by is to of a in a of of a of to be if to is is to as in to of M as a of D to an of of in is (by a . et (2008) 69470416. as a of 17. as a of of in a of on is 18. or is an
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