[發(fā)明專(zhuān)利]一種蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810239147.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108535105B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐建超;邱宇;張哲峰;鄒成路;李守新;張孟梟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/08;G01M15/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開(kāi)了一種蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法，屬于材料與構(gòu)件疲勞性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)微觀組織和高周疲勞實(shí)驗(yàn)，分析蠕墨鑄鐵的高周疲勞損傷機(jī)制，建立蠕墨鑄鐵微觀組織與疲勞強(qiáng)度的定量關(guān)系。本發(fā)明不僅能有效預(yù)測(cè)蠕墨鑄鐵的疲勞強(qiáng)度，可能適用于灰鑄鐵和金屬基復(fù)合材料，同時(shí)，可以明顯降低常規(guī)疲勞強(qiáng)度測(cè)定所需的實(shí)驗(yàn)量，試驗(yàn)過(guò)程更加簡(jiǎn)單、快捷，明顯節(jié)約了時(shí)間、降低人力和物力成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料與構(gòu)件疲勞性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的核心部件，缸蓋作為發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分，其主要制備材料為蠕墨鑄鐵。在汽車(chē)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中缸蓋會(huì)不斷承受循環(huán)載荷的作用，不可避免地產(chǎn)生高周疲勞損傷，并最終演化成疲勞斷裂。疲勞斷裂具有突發(fā)性和不可逆性，通常會(huì)造成嚴(yán)重后果。因此，如何準(zhǔn)確、高效地判斷構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，對(duì)增加構(gòu)件的服役安全性、降低構(gòu)件的生產(chǎn)成本十分必要。

傳統(tǒng)的疲勞強(qiáng)度測(cè)試方法一般分為兩種：一種是根據(jù)升降法對(duì)材料的各應(yīng)力幅逐一進(jìn)行高周疲勞測(cè)試，并最終根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)升降法計(jì)算疲勞強(qiáng)度。該法雖精度較高，但需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，因此具有很大的局限性。再者就是根據(jù)材料的物理和力學(xué)性能，通過(guò)復(fù)雜的理論推導(dǎo)進(jìn)行測(cè)算，該方法準(zhǔn)確度較低，計(jì)算過(guò)程極其復(fù)雜，不適宜工業(yè)推廣。因此，如何針對(duì)材料的高周疲勞損傷機(jī)制，提出簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)疲勞強(qiáng)度的方法，成為當(dāng)下疲勞領(lǐng)域的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法。該方法是基于高周疲勞損傷機(jī)制，通過(guò)建立蠕墨鑄鐵微觀組織特征與疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。該方法具有準(zhǔn)確性高、適用性廣、方法簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，同時(shí)降低了實(shí)驗(yàn)量，極大程度地節(jié)約了成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法，該方法包括如下步驟：

(1)選擇一種或幾種微觀組織不同蠕墨鑄鐵，分別制備用于金相組織分析的蠕墨鑄鐵樣品(為了避免組織分散性，每種樣品要分析一定數(shù)量)；

(2)將蠕墨鑄鐵樣品進(jìn)行金相觀察與分析，可通過(guò)Image Pro Plus(IPP)軟件計(jì)算出各蠕墨鑄鐵樣品中各組織含量，即得出各樣品中石墨、鐵素體相的面積百分含量，選擇的分析區(qū)域不少于5個(gè)；

(3)依據(jù)GB/T 3075-2008進(jìn)行蠕墨鑄鐵的高周疲勞試驗(yàn)，分析其疲勞損傷機(jī)制，建立蠕墨鑄鐵微觀組織與高周疲勞強(qiáng)度之間的定量關(guān)系，并根據(jù)步驟(2)中所得樣品中各組織含量及相應(yīng)樣品的疲勞強(qiáng)度，計(jì)算出蠕墨鑄鐵微觀組織與疲勞強(qiáng)度之間的定量關(guān)系中的未知參數(shù)(即公式(1)中的σ_w)，從而獲得蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型；

(4)根據(jù)步驟(3)所得蠕墨鑄鐵疲勞強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型計(jì)算不同微觀組織蠕墨鑄鐵的疲勞強(qiáng)度。

上述步驟(1)中，通過(guò)拋光和腐蝕的方式獲得用于組織分析的蠕墨鑄鐵樣品，具體過(guò)程為：蠕墨鑄鐵樣品表面依次經(jīng)過(guò)目數(shù)為400#、800#、1200#、1500#和2000#的砂紙打磨，隨后進(jìn)行精細(xì)拋光和腐蝕獲得用于組織分析的蠕墨鑄鐵樣品，腐蝕前后均進(jìn)行組織分析。

上述步驟(2)中，所述蠕墨鑄鐵的基體組織主要分析石墨和鐵素體；石墨面積為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的蠕蟲(chóng)狀和球狀石墨面積之和。

上述步驟(2)中，蠕墨鑄鐵中不同相的面積百分比通過(guò)IPP等軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程中根據(jù)腐蝕前后蠕墨鑄鐵中不同相在光學(xué)顯微鏡或掃描電鏡下的襯度差別確定各相所在區(qū)域，并分別計(jì)算各相相應(yīng)的區(qū)域面積。拋光后未腐蝕的照片用于石墨分析，腐蝕后的照片用于鐵素體分析。

上述步驟(3)中，所述疲勞強(qiáng)度為材料的室溫疲勞強(qiáng)度，通過(guò)升降法獲得。