基于电脉冲处理36MnVS4的强度和疲劳性能研究

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电脉冲工艺具有耗能低、成本低的优点,可以改善金属材料的性能。本文研究了电脉冲处理对发动机连杆材料36MnVS4的改性作用,从宏观和微观的角度分析电脉冲工艺对36MnVS4的作用效果,最后利用有限元软件对电脉冲处理前后的36MnVS4连杆进行疲劳寿命分析。首先,通过测量电脉冲处理造成的试样表面最大温升验证脉冲电流的焦耳热效应;然后通过拉伸试验和疲劳试验测试电脉冲工艺对36MnVS4强度和疲劳性能的影响,并对试样的疲劳寿命进行正态性检验;接着利用金相显微镜、显微硬度计、直流电阻测试仪和扫描式电子显微镜分别观测电脉冲工艺对试样显微组织、显微硬度、电阻和断口微观形貌的影响;再以拉伸试验所得数据定义材料属性,利用有限元软件对连杆进行静力学分析,确认连杆工作时应力集中的区域;最后利用疲劳分析软件基于疲劳试验测得的材料S-N曲线对连杆进行疲劳寿命分析。研究结果表明:1)电脉冲处理后36MnVS4抗拉强度的离散程度显著降低,抗拉强度提高了4.6%,塑性提高了9.1%,疲劳极限提高了11.3MPa,S-N曲线整体上移,而弹性模量和硬度保持不变;2)电脉冲处理时试样的部分表面温度超过了727℃,电脉冲处理后试样的电阻值降低了11.3%,显微硬度保持不变,显微组织整体成分没有发生明显变化,局部发现细小的铁素体,拉伸断口微观形貌中韧窝数量减少,韧窝形状大且深;3)脉冲电流的焦耳热效应使36MnVS4试样的温度急速升高,由于试样内部存在各种缺陷,使得组织分布不均匀,局部电阻较大处组织温升较大,脉冲电流在试样局部造成的温升超过了铁素体-珠光体钢的Ac1相变温度727℃,使试样中发生了局部淬火现象,局部淬火产生的细小铁素体增大了晶界面积,改变了晶面的接触,限制了裂纹的延伸和扩张,最终提高了试样的抗拉强度和塑性;4)电脉冲处理使试样的内部缺陷处产生了高温场,局部高温引起内部缺陷处的应力集中区域发生应力松弛,显著降低了材料抗拉强度的离散程度,有利于抑制疲劳裂纹的萌生;5)电脉冲处理提高了连杆的静强度安全系数,减小了连杆的低疲劳寿命区域,增大了连杆的最小疲劳寿命。
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