崔晓玉 孙倩

摘要： 应用超声疲劳试验方法专研了105～1010周次范畴中40Cr钢表现出的疲劳性能，设计其载荷频率20kHz，配合电子显微镜剖析疲劳端口样貌特点。统计结果发现，40Cr钢的S-N曲线始终维持下跌趋势，107、1010周次的疲劳强度形成了显著差异;显微分析发现，40Cr钢超声疲劳端口样貌和传统疲劳条件下的断口样貌没有形成显著差别，拓展区断口存在着显著的疲劳辉纹。

Abstract： The fatigue properties of 40Cr steel in 105-1010 cycles were studied using ultrasonic fatigue test method. The load frequency of 40Cr steel was designed to be 20kHz， and the characteristics of fatigue port were analyzed with electron microscope. The statistical results showed that the S-N curve of 40Cr steel always maintained a downward trend， and the fatigue strength of 107-1010 weeks formed a significant difference. Microscopic analysis shows that there is no significant difference between the ultrasonic fatigue port appearance of 40Cr steel and the fracture appearance of traditional fatigue condition， and there are significant fatigue striations at the fracture in the extended area.

关键词： 钢材;超声疲劳试验;疲劳断口;试验分析

Key words： steel;ultrasonic fatigue test;fatigue fracture;test analysis

中图分类号：TG142.15                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0035-02

0  引言

材料在循环载荷反复作用下出现的破坏现象被叫做疲劳，疲劳已经成为当前很多汽车、飞机、钻井设备零部件的主要失效形式。在长期的研究中，材料疲劳已逐渐成为一门重要学科，和材料科学、力学、应用数据等诸门学科存在关联性。尽管在百余年的研究历程中，在材料疲劳损伤、断裂方面形成很多成果，但没有彻底解决疲劳问题[1]。既往有研究指出，很多工程机械内零部件服役期内其真实疲劳作业寿命在108～1010周次的超高周疲劳范畴，为提升结构抗疲劳强度设计效果，使其运行安全性得到更大保障，研究材料的超高周疲劳性能及断裂机理具有很大现实意义。

1  超声波试验原理

尽管国内外各实验室超声疲劳试验机械的结构存在差异，但均有一定类似性，其主要由试验控制和数据采集、试验加载及检测系统三大部分构成。图1是加载系统及应力和应变位移分布场。不难发现，振动系统处于换能器下方，有B、D两个位移驻点，均和位移幅是0的截面相对应;存有A、C、E三个应力驻点，应力幅均是零，但是位移幅取峰值的截面。……