45號鋼疲勞壽命影響因素

范蕙萍　孫倩

摘 要：45號鋼具有優良的綜合性能，在生產中得到了廣泛應用。變動載荷條件下工作的零部件極易出現疲勞失效甚至斷裂。因此，研究45號鋼疲勞壽命影響因素對實際生產具有重要意義。本論文綜合目前各研究領域，總結出對45號鋼疲勞壽命產生影響的因素，如應力性質、表面狀態等，可供相關專業人員參考。

關鍵詞：45號鋼 疲勞失效 疲勞壽命影響因素

中圖分類號：TH133.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0091-02

45號鋼為優質碳素結構鋼，自身硬度不高，切削加工性能較好，經過相應的熱處理后，具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。在此種載荷性質下工作的零部件、結構極其容易出現疲勞失效甚至斷裂。故國內眾多高校、企業關于45號鋼疲勞極限方面做了大量的研究。現結合有關資料對其研究結果進行分析、討論和總結。

1 45號鋼化學成分及力學性能

1.1 化學成分

45號鋼屬于中碳鋼。除主加元素碳之外，還含有Mn、Si等合金元素，具體成分如表1所示。

1.2 力學性能

45號鋼通常在調質或正火狀態下使用，具有較高的強度和塑性，若調質成索氏體時又有一定程度上的韌性。具體力學性能如表2所示。

2 45號鋼疲勞壽命測定方法及研究

疲勞試驗的方法有很多，包括單點疲勞試驗法、升降法疲勞試驗、高頻振動疲勞試驗法、超聲波法疲勞試驗、紅外熱像技術疲勞試驗等方法。圍繞45號鋼疲勞壽命測試我們已經開展了大量的研究。

沈陽大學機械工程學院的郭廷良教授，利用旋轉疲勞試驗機針對4種不同熱處理規范的45號鋼試件分別為低溫回火（830℃水淬+400℃回火），亞溫處理（770℃水淬+400℃回火），調質處理（830℃水淬+600℃回火），等溫淬火（880℃加熱+300℃鹽浴淬火），做旋轉彎曲疲勞試驗，結果發現其抗疲勞性能有很大的差異。

實際服役中的零構件大多要承受變幅載荷，西安交通大學的魏建鋒等人進行了調質45鋼變幅載荷下疲勞壽命的研究，給出了恒幅載荷下疲勞壽命及變幅疲勞壽命預測；同樣西北工業大學鄢君輝等人也進行了拉-拉變幅載荷下45鋼切口件疲勞壽命的模擬及小規模的實驗驗證。

云南工業大學的王時越、遲珊等人，利用MTS Teststar810材料試驗系統，應用Testware試驗軟件，進行了45鋼高、低周復合疲勞壽命的試驗研究，系統地闡述了高、低周循環應力比、高周循環次數和高周循環頻率對復合疲勞壽命的影響。

江蘇理工大學的戴希敏等人利用激光對45號鋼進行表面沖擊強化，在INSTRON1341電液伺服疲勞試驗機上進行低頻疲勞試驗。激光沖擊45鋼后其表面硬度提高了大約32%，硬化層深度約為l00μm，試驗表征材料平均疲勞壽命提高了60%左右。

金屬構件經高頻淬火后按照慣例都要進行回火處理，以消除內應力，防止變形和開裂。云南機床的張世瓊等人對45鋼進行感應熱處理工藝（高頻淬火后不回火）代替傳統的表面熱處理工藝，保留了工件表層的殘余壓應力。試驗表征殘余壓應力有提高工件疲勞強度的作用。

3 結語

綜合45號鋼在實際生產中的應用及學術研究，可以總結出影響45號鋼疲勞壽命的因素有以下幾方面。

（1）材料的熱處理狀態會對其疲勞性能產生影響。熱處理制度不同，獲得的組織有差異，從而決定了性能的不同。

（2）載荷的性質、應力特性、循環次數及頻率不同其疲勞壽命也有很大的差異。

（3）表面狀況。表面硬化層及表面層中的殘余應力可以提高疲勞壽命。

參考文獻

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