淬火态AISI 4140钢单唇深孔钻削件高周疲劳载荷下的微磁微观结构演化机理研究

《Materials Today Communications》：Micromagnetic microstructure analysis during high cycle fatigue loading of single-lip deep hole drilled quenched and tempered AISI 4140 steel

本综述聚焦高强钢深孔钻削构件在疲劳载荷下的表面完整性演化机制，通过微磁检测（MBN）、X射线衍射（XRD）等先进表征技术，揭示了润滑工艺对纳米晶边界层软化行为及残余应力松弛（高达200 MPa）的调控规律，为高疲劳性能构件设计与寿命预测提供重要理论依据。

　　

亮点

材料与试样

本研究测试了淬火加回火状态的AISI 4140钢（德国牌号42CrMo4+QT，1.7225）制成的试样。其化学成分如表1所示。

长度为l = 140 mm的棒料首先进行直径为d = 5 mm的深孔钻削。钻出的孔用于在车削最终几何形状前进行定心。径向凹槽在最后一步加工完成，其深度为t = 0.5 mm，宽度为w = 1 mm，这导致应力集中系数为K_t = 2.5。图1

疲劳测试

图7和图8分别展示了使用油和乳化液钻削的试样的绘制值。温度变化使用超过3000个周期的移动平均进行平滑处理。所有试样在承受载荷超过2?10⁶次后均未发生破坏。与使用的润滑剂无关，总应变幅达到0.6?10^-3，并且未观察到该值的变化。需要考虑到，引伸计测量的是初始长度l₀内的总伸长量。

讨论

深孔钻削过程中使用的不同润滑剂导致疲劳测试期间微磁和XRD分析的特征值呈现不同的变化趋势。比较油处理和乳化液处理试样的FWHM（半高宽）时，使用乳化液钻削的试样在所有载荷周期内通常显示出更高的值。这可以通过纳米晶层来解释，与油处理试样相比，乳化液处理试样的纳米晶层厚约10 μm，且边界层内的晶粒更细小，如图[所示]。

结论与展望

本研究在应力幅为175 MPa、应力比R = 0的循环载荷下测试了带凹槽的单唇深孔钻削AISI 4140试样。借助在线涡流检测，观察到孔边界层内因微观结构演化而产生的不同疲劳状态。这些状态通过磁巴克豪森噪声分析进行了进一步评估，该分析证实了涡流检测的结果，特别是对于乳化液处理的试样。