不同状态590车轮钢的疲劳裂纹原位分析

摘要

疲劳开裂是导致车轮钢失效的主要原因，但是其疲劳开裂与微观组织、织构、焊接过程、变形程度之间的关系尚不明确。本文结合车轮钢复杂的成形、焊接制备过程，利用激光共聚焦显微镜原位拉伸装置及实时观测系统分别研究了590 MPa强度车轮钢热轧态、冷变形态、焊接态疲劳裂纹萌生及扩展的过程，并利用背散射电子衍射（EBSD）技术分析了疲劳裂纹萌生及扩展过程与组织类型、晶体取向、织构强度之间的关系，用于揭示疲劳失效的微观机制。研究发现：冷变形10%板的裂纹萌生最早，热轧板介于中间，焊接接头起裂最晚。冷变形态的样品裂纹扩展速度最高，焊接态样品裂纹扩展速度居中，而热轧态最低。热轧态的疲劳裂纹扩展速度呈现由低到高逐渐变化的过程，即：开始阶段扩展速率较低，然后进入缓慢增长区；随着裂纹长度的增加，应力强度因子也随之增大，裂纹扩展速度迅速提高。通过背散射电子衍射分析发现，疲劳裂纹的萌生与位错滑移过程密不可分。铁素体组织中裂纹萌生与{001}<110>织构强度直接相关。通过上述研究可知，减少车轮钢成形过程中冷变形组织或降低变形量，降低热轧板{001}<110>织构强度可提高车轮钢疲劳裂纹萌生寿命。

关键词

疲劳裂纹 / 车轮钢 / 原位分析 / 热轧 / 焊接