1)QT400球墨铸铁的热疲劳裂纹萌生次数随上限温度的升高不断降低,上限温度在600℃以下时,裂纹萌生次数能达到较高的200次循环,而高于700℃后,循环低于50次就会萌生裂纹。

  2)获得了不一样的温度条件下,QT400球墨铸铁的热疲劳裂纹长度和循环次数的关系曲线。上限温度越高,裂纹萌生后扩展速率越快,上限温度为500℃时扩展速率为6.3μm/次,900℃时达到100.8μm/次;且不同上限温度下,裂纹扩展长度与循环周次之间基本满足线球墨铸铁热疲劳裂纹萌生和扩展的重要的因素有氧化腐蚀、球墨形态以及组织变化等。

  4)上限温度越高,热疲劳试验后试样基体的硬度也就越高,在上限温度由700℃上升到800℃的区间,试样硬度迅速上升。

  采用V形缺口试样,通过上限温度为500~900℃的热疲劳试验研究了QT400球墨铸铁的热疲劳行为,并对不同上限温度下材料热疲劳裂纹的萌生与扩展以及试样的显微组织与硬度等进行了分析。根据结果得出,热疲劳裂纹主要从试样的V形缺口底部萌生,上限温度越高,裂纹萌生越早,萌生后扩展速率也越快,其热疲劳寿命越低;随着上限温度的升高,试验后试样基体的硬度逐渐增加,上限温度由700℃上升到800℃时,试样硬度快速上升;热疲劳试验过程中的氧化腐蚀、球墨形态以及组织变化等为球墨铸铁QT400的热疲劳破坏的主要影响因素。

  球墨铸铁;热疲劳;裂纹;显微组织;硬度球墨铸铁是从二十世纪五十年代发展起来的铸铁材料,强度高,价格低,应用广泛。其综合力学性能接近于钢,被大范围的使用在对强度、抗疲劳性能、抗氧化性能和耐磨性等要求比较高的零部件。

  作为一种性能好价格低的工程材料,球墨铸铁在抗热疲劳方面也具有优良的性能,但是在复杂热循环工况下,球墨铸铁件仍不可避免地出现不同程度的热疲劳损伤,通常表现为热疲劳裂纹的萌生和扩展,最后导致材料的失效。热疲劳破坏具有突然性和不易察觉性,例如使用球墨铸铁制造的烧结机台车栏板,长期承受交变热载荷,材料有可能会出现热疲劳现象,进而导致结构件的断裂。

  如何预知这些材料的热疲劳破坏,掌握其热疲劳寿命,同时进一步提升其热疲劳性能具有重大的工程实际价值,而这些皆与材料的热疲劳行为与破坏机理紧密关联。本文采用V形缺口试样热疲劳试验,对不同上限温度下,热疲劳裂纹萌生扩展及其形貌特征进行研究,综合分析影响QT400球墨铸铁的热疲劳破坏的主要影响因素。

  试验所用材料为QT400铁素体球墨铸铁,化学成分(质量分数,%)为:3.4C、3.2Si、0.2Mn、0.06P、0.01S、0.04Mg、0.02Re,其余为Fe。热疲劳试样的形状和尺寸如图1所示,试样两侧开V形缺口,试验前用细砂纸对试样上下表明上进行打磨,在光学显微镜(Axiovert200MAT)下观察V型缺口底部及附近区域,要求无裂痕和其它缺陷。

  通过对热疲劳试验后试样的显微组织观察,发现裂纹在V形缺口的底部开裂,且经过若干次循环后才会有明显的裂纹出现。裂纹形状曲折,边缘粗糙,如图2所示,有些试样的裂纹会出现分叉或有多条裂纹同时由V型缺口底部萌生。定义裂纹长度达100μm左右时的循环次数为QT400球墨铸铁的热疲劳裂纹萌生次数。

  不同上限温度下裂纹的萌生次数不同,如表1所示,随着上限温度的升高,裂纹萌生所需要的热疲劳循环次数逐渐降低。上限温度在600~700℃之间,裂纹的萌生次数下降明显;高于700℃以后,裂纹萌生所需要的循环次数下降趋缓,但此时材料已经不堪使用。