H13 Cr-Mo钢在UNSMT处理下的疲劳裂纹演化：表面鱼眼裂纹（MSFCs）与内部鱼眼裂纹的对比分析

《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》：Fatigue Cracking Evolution in H13 Cr-Mo Steel Under UNSM Treatment: Comparative Analysis of Surface MSFCs and Internal Fisheye Cracks

H13 Cr-Mo钢在超声纳米晶表面改性（UNSM）下的疲劳裂纹行为研究表明，存在三种裂纹扩展机制：表面夹杂主导单裂纹扩展、无夹杂时多裂纹协同扩展（受应力集中椭圆裂纹尖端影响），以及UNSM诱导的表层压应力与深层拉应力效应。内部裂纹扩展占据93%-95%的疲劳寿命，最终断裂特征相似。

　　

摘要

本研究探讨了H13 Cr-Mo钢在未经处理和经过超声纳米晶表面改性处理后的疲劳裂纹行为。研究发现存在三种不同的裂纹扩展机制：(1) 表面夹杂物：当表面存在夹杂物时，疲劳裂纹以单一主导裂纹的形式起始并扩展，这与人工坑洞试样中观察到的情况相似。(2) 无表面夹杂物：在没有夹杂物的情况下，疲劳寿命受多个微小疲劳裂纹（MSFCs）的起始、生长和聚合过程控制。这些裂纹表现出沿深度方向的扩展，其扩展受到应力集中区域形成的大型椭圆形裂纹尖端的影响，从而加速了裂纹内部的扩展。(3) 断裂特征：表面裂纹和内部裂纹的最终断裂行为相似，表现为在疲劳寿命接近结束时裂纹迅速扩展。值得注意的是，鱼眼裂纹占据了总疲劳寿命的约93%–95%，这一结果与先前的研究一致，并通过对比分析得到了验证。

总结

• 带有/不带有超声纳米晶表面改性（UNSM）的H13钢中的表面裂纹与内部裂纹
• 带有/不带有夹杂物的微裂纹生长及其深度方向上的相互作用
• 超声纳米晶表面改性会在表层产生压缩应力，在更深层次转化为拉伸应力
• 内部拉伸应力导致鱼眼裂纹的形成，这些裂纹占据了93%–95%的疲劳寿命

利益冲突

作者声明没有利益冲突。