【摘 要】
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转向架螺旋弹簧作为高速列车的关键零部件之一,其疲劳性能的好坏会直接影响着列车在高速运行中的安全。然而对于常以大尺寸形式存在的转向架螺旋弹簧构件,其疲劳寿命往往会因尺寸效应的影响而降低,从而给列车的安全性和可靠性带来了严重的隐患。为此,本文先通过控制静压力、滚压次数和主轴转速来研究不同参数的超声滚压（USRP）处理对51CrV4弹簧钢表层改性梯度场的影响,再从中选择表层改性梯度场综合性能最优的USR
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转向架螺旋弹簧作为高速列车的关键零部件之一,其疲劳性能的好坏会直接影响着列车在高速运行中的安全。然而对于常以大尺寸形式存在的转向架螺旋弹簧构件,其疲劳寿命往往会因尺寸效应的影响而降低,从而给列车的安全性和可靠性带来了严重的隐患。为此,本文先通过控制静压力、滚压次数和主轴转速来研究不同参数的超声滚压（USRP）处理对51CrV4弹簧钢表层改性梯度场的影响,再从中选择表层改性梯度场综合性能最优的USRP参数来研究几何尺寸为φ3.4mm和φ6.3mm的51CrV4弹簧钢试样的疲劳行为,最后使用SEM、FIB、TEM和HRTEM等方法来研究表层改性梯度场和疲劳裂纹萌生位置对疲劳性能影响的机理。由此建立,完善抗疲劳制造技术在弹簧钢中的应用,进而为提高大尺寸构件的疲劳性能提供新的技术参考。得到以下主要结论:（1）在USRP对51CrV4弹簧钢处理过程中,改变静压力、滚压次数和主轴转速等参数,表层改性梯度场发生明显的改变。其中静压力、滚压次数和主轴转速分别为663N、3次和180r/min时,表层改性梯度场的综合性能最优。（2）与经USRP处理后φ6.3mm的51CrV4弹簧钢试样所得到的疲劳极限（718MPa）相比,经USRP处理后的φ3.4mm试样的疲劳极限（848MPa）提高了18.1%,而未经USRP处理的φ3.4mm试样的疲劳极限（751MPa）仅提高了4.6%。这是由于φ6.3mm试样经USRP处理后,所产生的表层改性梯度场和内部疲劳源使得它与未经USRP处理的φ3.4mm试样之间的疲劳极限差距缩小了。（3）经USRP处理的试样进行疲劳试验后,疲劳寿命随疲劳裂纹萌生位置与表面之间距离的增大呈现出先增大后减小的变化趋势。由于当疲劳源从试样表面转移至内部时,疲劳裂纹在内部的萌生抗力大于表面,使得疲劳寿命提高;但当疲劳源从内部转移至接近心部时,疲劳源处的应力三轴度增大,使裂纹尖端区域受到较大的应力约束,进而使该区域中位错的增殖和运动更加困难,导致可动位错密度降低。位错密度的降低导致应力集中程度增加,从而也加快了裂纹的扩展速率,使得疲劳寿命降低。
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