35CrMo钢拉伸及疲劳性能分析

35CrMo钢具有良好的综合力学性能,是工业生产特别是汽车行业中常用的一种合金结构钢。由于其在加工成型及使用过程中会有不同程度的扭转预应变过载,例如汽车传动轴、发动机曲轴等在启动及停机的瞬间,这些构件往往会产生扭转预应变过载,而这些过载对材料的常规力学性能及疲劳性能必定带来一定的影响。目前对于35CrMo钢在预扭转强化及预拉伸强化后的力学性能的研究报道不多,特别是在扭转预应变后的高周、低周疲劳性能还不甚了解。
   本章以35CrMo钢为研究对象,从拉伸和疲劳性能的角度入手,研究扭转预应变后材料的力学性能及高、低周疲劳性能。为此,本文专门设计了拉伸和扭转、疲劳和扭转两用的试样,通过预扭转不同的角度和预拉伸不同的应变,系统研究35CrMo钢在预拉伸强化和预扭转强化后的力学性能及扭转预应变下低周及高周的疲劳性能,重点分析了扭转预应变后35CrMo钢的拉伸性能、疲劳极限、S-N曲线、循环硬化软化特性、滞后回线、塑性应变能及循环弹性模量的变化规律,并对高周及低周疲劳试验的断口进行了扫描电镜分析,得到如下主要结论：
    (1)35CrMo钢试件在拉伸和扭转试验中都没有明显的屈服平台；扭转预应变可以提高35CrMo钢试件拉伸时的屈服强度和抗拉强度,而降低了试件的拉伸应变硬化指数和强度系数；预拉伸强化可以提高35CrMo钢试件扭转时的剪切屈服强度,但对剪切强度极限的影响很小
    (2)通过升降法测得预扭转0、3π/4、7π/4时35CrMo钢高周疲劳极限分别为321.6MPa、308.12MPa、294.90MPa;在相同的循环应力幅作用下,有预扭转角试件的疲劳寿命明显比没有预扭转角试件的疲劳寿命低,且预扭转角越大,相应的疲劳寿命越低。
    (3)预扭转0、π/4、3π/4、5π/4时35CrMo钢低周疲劳试件均表现出循环软化现象且循环软化规律及衰减的程度基本相同；试件经预扭转强化后出现了加工硬化,其应力应变滞后回线中加卸载曲线间的宽度随着预扭转角的增大而减小,即在疲劳循环中塑性应变的范围在减小；试件的循环弹性模量都随着疲劳循环次数的增加而逐渐降低,且随着预扭转角的增大,疲劳试件的循环弹性模量衰减趋势减缓,降低的幅度也在减小；而塑性应变能都随着疲劳循环次数的增大而增加,且随着预扭转角的增大,塑性应变能下降的幅度在增加。
    (4)35CrMo钢高周及低周疲劳裂纹都萌生于试件的表面且裂纹源区的断面比较光亮平坦,在裂纹扩展区中都有大量的二次裂纹产生；预扭转试件的疲劳台阶高度要比没有预扭转试件的疲劳台阶高度要高,且随着预扭转角的增大而增高；高、低周疲劳断口瞬断区具有明显的韧窝形貌和二次裂纹及开裂现象。

原创作者：济南方圆试验仪器有限公司