·1586· 工程科学学报，第37卷，第12期 80m 图620-S(a)和20-C(b)的表面裂纹光学显微镜照片 Fig.6 Optical microscopy images of cracks in 20-(a)and 20-C (b) 的疲劳辉纹-0.但是，在断口形貌观察中发现：20-S 能均无显著差异.主要原因在于：35CMo的带状组织 断面没有或者只有极少量的疲劳辉纹；35CMo的断面 特征不够明显，即带状组织和基体之间都属于珠光体 一半左右都分布着疲劳辉纹：在20-C的轴向拉伸疲 组织，弹性模量差距小，不存在明显的应变损伤缺陷薄 劳试验中，低于6×10次断裂的试样，断口形貌都表现 弱区：35CrMo疲劳极限比较低，产生的循环应变远远 出低周疲劳断裂的特征：20-C发生整体宏观塑性变 小于断裂应变，不足以产生断裂损伤 形，纤维状断面上分布着块状光滑解理区、准解理区和 (4)疲劳辉纹并不是单纯地随着强度升高而减小 二次裂纹.结合断面形貌和力学性能分析如下：20-$ 或消失，在一定强度范围内，随着强度升高，疲劳极限 断面形貌有着清晰的裂纹源和裂纹扩展第一阶段，裂 比减小，裂纹扩展第二阶段面积增大，疲劳辉纹增多. 纹源和裂纹扩展第一阶段面积较大（占断面的13左 右)，当裂纹扩展第一阶段完成后，横截面减小，使得 参考文献 最大疲劳拉应力显著大于屈服强度，产生明显的宏观 塑性变形，裂纹扩展第二阶段消失，直接进入裂纹快速 [Song W X.Metallographic.3rd Ed.Beijing:Metallurgical Indus- try Press,2008 断裂区（随着塑性变形的不断进行，产生微空洞，空洞 (宋维希.金属学.第三版.北京：治金工业出版社，2008) 不断长大，最终断裂，并形成纤维状的断面，由于是循 2] Zhang Y L,Liu H Y,Ruan X J,et al.Microsegregation behav- 环载荷，纤维状断面上分布着少许的疲劳辉纹).20一 iors of alloy elements and their effects on the formation of banded C低周断裂过程中，由于珠光体条带的大应变（包含塑 structure in pinion steels.J Univ Sci Technol Beijing,2009,21 性应变)导致损伤，引发多源开裂，既有表面裂纹也有 (Suppl 1):199 内部裂纹.内部的光滑解理区则是内部的损伤裂纹扩 (张延玲，刘海英，阮小江，等.中低碳齿轮钢中合金元素的 偏析行为及其对带状组织的影响.北京科技大学学报，2009， 展产生的.由于损伤的发生，有效横截面减少，应力增 21(增刊1)：199) 加，塑性应变继续，产生宏观塑性变形，最终断裂并形 B]Cai Z,Huang Y H,Zhang Y,et al.Mechanism of effect of cool- 成纤维状断口.35CrMo由于疲劳极限比较低，当裂纹 ing rate of ferrite/pearlite banded structure.J Iron Steel Res, 源第一阶段完成后，最大疲劳拉应力远低于屈服强度， 2012,24(6):25 所以裂纹扩展第二阶段面积很大，疲劳辉纹分布面积 (蔡珍，黄运华，张跃，等.冷却速度对铁素体一珠光体带状 较大，同时由于35CMo的塑性较差，疲劳辉纹粗大. 组织的影响机制.钢铁研究学报，2012,24(6)：25) [4]Zhang Y H,Lai HZ,Zhao H J.Research status of banded struc- 4结论 ture in steel.Steel Rolling,2014,31(3):45 (张迎晖，糗泓洲，赵洪金.钢中带状组织研究现状.轧钢， (1)二次带状组织对DG20Mn和35CrMo钢的静 2014,31(3):45) 态拉伸性能均无显著影响 [5] Ahmed M,Salam I,Hashmi F,et al.Influence of banded struc- (2)二次带状组织使得DG20Mn轴向拉伸疲劳性 ture on mechanical properties of a high-strength maraging steel.J 能严重下降.主要原因在于：二次带状组织改变断裂 Mater Eng Perform,1997,6(2):165 模式，即二次带状组织导致珠光体和铁素体平行排列， 6 Kong X H,Sun R H,Tang J,et al.Influence of cooling speed in two phase region on banded structure of 20CrMnTi steel.Trans 在循环拉应力下珠光体的循环应变大于断裂应变导致 Mater Heat Treat,2012,33(4):91 损伤的产生，并引发多源裂纹 (孔样华，孙瑞虹，唐晋，等.两相区冷速对齿轮钢20 CrMnTi (3)35C和35S的断裂模式和轴向拉伸疲劳性 带状组织的影响.材料热处理学报，2012,33(4)：91)工程科学学报，第 37 卷，第 12 期 图 6 20--S ( a) 和 20--C ( b) 的表面裂纹光学显微镜照片 Fig． 6 Optical microscopy images of cracks in 20--S ( a) and 20--C ( b) 的疲劳辉纹［9--10］． 但是，在断口形貌观察中发现: 20--S 断面没有或者只有极少量的疲劳辉纹; 35CrMo 的断面 一半左右都分布着疲劳辉纹; 在 20--C 的轴向拉伸疲 劳试验中，低于6 × 105 次断裂的试样，断口形貌都表现 出低周疲劳断裂的特征; 20--C 发生整体宏观塑性变 形，纤维状断面上分布着块状光滑解理区、准解理区和 二次裂纹． 结合断面形貌和力学性能分析如下: 20--S 断面形貌有着清晰的裂纹源和裂纹扩展第一阶段，裂 纹源和裂纹扩展第一阶段面积较大( 占断面的 1 /3 左 右) ，当裂纹扩展第一阶段完成后，横截面减小，使得 最大疲劳拉应力显著大于屈服强度，产生明显的宏观 塑性变形，裂纹扩展第二阶段消失，直接进入裂纹快速 断裂区( 随着塑性变形的不断进行，产生微空洞，空洞 不断长大，最终断裂，并形成纤维状的断面，由于是循 环载荷，纤维状断面上分布着少许的疲劳辉纹) ． 20-- C 低周断裂过程中，由于珠光体条带的大应变( 包含塑 性应变) 导致损伤，引发多源开裂，既有表面裂纹也有 内部裂纹． 内部的光滑解理区则是内部的损伤裂纹扩 展产生的． 由于损伤的发生，有效横截面减少，应力增 加，塑性应变继续，产生宏观塑性变形，最终断裂并形 成纤维状断口． 35CrMo 由于疲劳极限比较低，当裂纹 源第一阶段完成后，最大疲劳拉应力远低于屈服强度， 所以裂纹扩展第二阶段面积很大，疲劳辉纹分布面积 较大，同时由于 35CrMo 的塑性较差，疲劳辉纹粗大． 4 结论 ( 1) 二次带状组织对 DG20Mn 和 35CrMo 钢的静 态拉伸性能均无显著影响． ( 2) 二次带状组织使得 DG20Mn 轴向拉伸疲劳性 能严重下降． 主要原因在于: 二次带状组织改变断裂 模式，即二次带状组织导致珠光体和铁素体平行排列， 在循环拉应力下珠光体的循环应变大于断裂应变导致 损伤的产生，并引发多源裂纹． ( 3) 35--C 和 35--S 的断裂模式和轴向拉伸疲劳性 能均无显著差异． 主要原因在于: 35CrMo 的带状组织 特征不够明显，即带状组织和基体之间都属于珠光体 组织，弹性模量差距小，不存在明显的应变损伤缺陷薄 弱区; 35CrMo 疲劳极限比较低，产生的循环应变远远 小于断裂应变，不足以产生断裂损伤． ( 4) 疲劳辉纹并不是单纯地随着强度升高而减小 或消失，在一定强度范围内，随着强度升高，疲劳极限 比减小，裂纹扩展第二阶段面积增大，疲劳辉纹增多． 参 考 文 献 ［1］ Song W X． Metallographic． 3rd Ed． Beijing: Metallurgical Indus￾try Press，2008 ( 宋维希． 金属学． 第三版． 北京: 冶金工业出版社，2008) ［2］ Zhang Y L，Liu H Y，Ｒuan X J，et al． Microsegregation behav￾iors of alloy elements and their effects on the formation of banded structure in pinion steels． J Univ Sci Technol Beijing，2009，21 ( Suppl 1) : 199 ( 张延玲，刘海英，阮小江，等． 中低碳齿轮钢中合金元素的 偏析行为及其对带状组织的影响． 北京科技大学学报，2009， 21( 增刊 1) : 199) ［3］ Cai Z，Huang Y H，Zhang Y，et al． Mechanism of effect of cool￾ing rate of ferrite / pearlite banded structure． J Iron Steel Ｒes， 2012，24( 6) : 25 ( 蔡珍，黄运华，张跃，等． 冷却速度对铁素体--珠光体带状 组织的影响机制． 钢铁研究学报，2012，24( 6) : 25) ［4］ Zhang Y H，Lai H Z，Zhao H J． Ｒesearch status of banded struc￾ture in steel． Steel Ｒolling，2014，31( 3) : 45 ( 张迎晖，赖泓洲，赵洪金． 钢中带状组织研究现状． 轧钢， 2014，31( 3) : 45) ［5］ Ahmed M，Salam I，Hashmi F，et al． Influence of banded struc￾ture on mechanical properties of a high-strength maraging steel． J Mater Eng Perform，1997，6( 2) : 165 ［6］ Kong X H，Sun Ｒ H，Tang J，et al． Influence of cooling speed in two phase region on banded structure of 20CrMnTi steel． Trans Mater Heat Treat，2012，33( 4) : 91 ( 孔祥华，孙瑞虹，唐晋，等． 两相区冷速对齿轮钢 20CrMnTi 带状组织的影响． 材料热处理学报，2012，33( 4) : 91) · 6851 ·