[发明专利]一种蠕墨铸铁疲劳强度的预测方法

说明书

本发明公开了一种蠕墨铸铁疲劳强度的预测方法，属于材料与构件疲劳性能测试技术领域。本发明通过微观组织和高周疲劳实验，分析蠕墨铸铁的高周疲劳损伤机制，建立蠕墨铸铁微观组织与疲劳强度的定量关系。本发明不仅能有效预测蠕墨铸铁的疲劳强度，可能适用于灰铸铁和金属基复合材料，同时，可以明显降低常规疲劳强度测定所需的实验量，试验过程更加简单、快捷，明显节约了时间、降低人力和物力成本。

技术领域

本发明涉及材料与构件疲劳性能测试技术领域，具体涉及一种蠕墨铸铁疲劳强度的预测方法。

背景技术

发动机是汽车的核心部件，缸盖作为发动机的一部分，其主要制备材料为蠕墨铸铁。在汽车正常运转过程中缸盖会不断承受循环载荷的作用，不可避免地产生高周疲劳损伤，并最终演化成疲劳断裂。疲劳断裂具有突发性和不可逆性，通常会造成严重后果。因此，如何准确、高效地判断构件的疲劳强度，对增加构件的服役安全性、降低构件的生产成本十分必要。

传统的疲劳强度测试方法一般分为两种：一种是根据升降法对材料的各应力幅逐一进行高周疲劳测试，并最终根据实验结果通过升降法计算疲劳强度。该法虽精度较高，但需要耗费大量的人力、物力和财力，因此具有很大的局限性。再者就是根据材料的物理和力学性能，通过复杂的理论推导进行测算，该方法准确度较低，计算过程极其复杂，不适宜工业推广。因此，如何针对材料的高周疲劳损伤机制，提出简单、准确的预测疲劳强度的方法，成为当下疲劳领域的迫切需求。

发明内容

为了克服现有疲劳强度预测方法存在的不足之处，本发明提供了一种蠕墨铸铁疲劳强度的预测方法。该方法是基于高周疲劳损伤机制，通过建立蠕墨铸铁微观组织特征与疲劳强度之间的关系，即可实现对蠕墨铸铁疲劳强度的准确预测。该方法具有准确性高、适用性广、方法简便等特点，同时降低了实验量，极大程度地节约了成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种蠕墨铸铁疲劳强度的预测方法，该方法包括如下步骤：

(1)选择一种或几种微观组织不同蠕墨铸铁，分别制备用于金相组织分析的蠕墨铸铁样品(为了避免组织分散性，每种样品要分析一定数量)；

(2)将蠕墨铸铁样品进行金相观察与分析，可通过Image Pro Plus(IPP)软件计算出各蠕墨铸铁样品中各组织含量，即得出各样品中石墨、铁素体相的面积百分含量，选择的分析区域不少于5个；

(3)依据GB/T 3075-2008进行蠕墨铸铁的高周疲劳试验，分析其疲劳损伤机制，建立蠕墨铸铁微观组织与高周疲劳强度之间的定量关系，并根据步骤(2)中所得样品中各组织含量及相应样品的疲劳强度，计算出蠕墨铸铁微观组织与疲劳强度之间的定量关系中的未知参数(即公式(1)中的σ_w)，从而获得蠕墨铸铁疲劳强度预测模型；

(4)根据步骤(3)所得蠕墨铸铁疲劳强度预测模型计算不同微观组织蠕墨铸铁的疲劳强度。

上述步骤(1)中，通过抛光和腐蚀的方式获得用于组织分析的蠕墨铸铁样品，具体过程为：蠕墨铸铁样品表面依次经过目数为400#、800#、1200#、1500#和2000#的砂纸打磨，随后进行精细抛光和腐蚀获得用于组织分析的蠕墨铸铁样品，腐蚀前后均进行组织分析。

上述步骤(2)中，所述蠕墨铸铁的基体组织主要分析石墨和铁素体；石墨面积为国家标准规定的蠕虫状和球状石墨面积之和。

上述步骤(2)中，蠕墨铸铁中不同相的面积百分比通过IPP等软件进行计算，计算过程中根据腐蚀前后蠕墨铸铁中不同相在光学显微镜或扫描电镜下的衬度差别确定各相所在区域，并分别计算各相相应的区域面积。抛光后未腐蚀的照片用于石墨分析，腐蚀后的照片用于铁素体分析。

上述步骤(3)中，所述疲劳强度为材料的室温疲劳强度，通过升降法获得。