高强钢疲劳强度研究获进展

日期： 2025-03-18

浏览次数: 107

来源：中国科学院金属研究所

提高金属材料疲劳强度是工程构件安全服役的重要保障。作为目前已知疲劳强度最高的金属结构材料，高强钢的拉伸强度已突破3GPa，但其拉-压疲劳强度未能突破1GPa瓶颈。

中国科学院金属研究所研究员张哲峰团队与中国科学院院士李殿中团队合作，在GCr15轴承钢疲劳开裂模型与性能优化研究方面取得进展。该研究建立了夹杂物-强韧性协同调控理论，并采用稀土改性技术，将轴承钢的拉-拉疲劳强度、拉-压疲劳强度提升至新水平。

该研究分析了GCr15轴承钢中TiN和Al2O3两类夹杂物的疲劳开裂行为和疲劳寿命，揭示了两类夹杂物类型对疲劳寿命影响的本质在于它们的应力集中效应不同。定量模拟分析发现，在相同尺寸条件下，Al2O3夹杂物的疲劳寿命损伤系数较TiN高约30%。这为高强钢冶炼过程中氮元素和氧元素的精准控制提供了理论依据。

针对高强度状态下夹杂物开裂导致疲劳强度下降难题，该研究提出了疲劳开裂临界夹杂物尺寸判据，建立了高强钢疲劳开裂时抗拉强度、断裂韧性与夹杂物尺寸之间定量关系，实现了在给定夹杂物参数条件下高强钢强韧性能协同优化抗疲劳的目标，为高强钢疲劳强度优化设计与制造提供了新的理论判据。

进一步，该研究对GCr15轴承钢进行稀土添加改性，降低了夹杂物尺寸，提升了夹杂物在疲劳载荷下的变形能力，形成了可剪切变形的夹杂物-基体界面，从而降低了夹杂物引起的应力集中程度。在夹杂物控制基础上，研究结合疲劳强度优化判据，将其热处理调至最优状态，获得了拉-拉疲劳强度1600MPa，拉-压疲劳强度1103MPa的抗疲劳高强钢，分别比现有拉-拉疲劳强度和拉-压疲劳强度世界纪录提高4%和10%。

该研究建立了夹杂物控制-强韧性能匹配-缺陷界面优化的系统性抗疲劳理论框架，为航空航天、轨道交通等领域的高端轴承材料研发提供了新技术路线。

近期，相关研究成果分别发表在《材料学报》（Acta Materialia）和《材料科学与技术杂志》（Journal of Materials Science & Technology）上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项的支持。

上一篇：市稀土协会接待中国有色金属工业协会稀土分会来沪座谈交流活动下一篇：非常规超导转变温度的可能上限上海市稀土协会 20

Hot News / 相关推荐

海关总署来市稀土协会调研座谈

2025 - 05 - 09

点击次数: 217

2025年5月9日上午，海关总署风险防控局（上海）和上海海关风险防控分局领导到上海市稀土协会开展调研交流座谈会，旨在深入了解稀土产业现状、面临的问题以及发展趋势，为海关制定更科学合理的政策和支持产业高质量发展的措施提供依据。协会部分会员代表出席本次会议。吴建思秘书长主持会议并介绍了参会人员，协会副会长，上海三环磁性材料有限公司总经理饶晓雷代表协会致欢迎辞，对海关领导的到来表示热烈欢迎，并希望通过本...

海关总署来市稀土协会调研座谈海关总署来市稀土协会调研座谈

2025 - 05 - 09

点击次数: 265

了解磁热 NdNi 化合物中的自旋重新取向相变

2025 - 05 - 09

点击次数: 85

来源：Advanced Electronic Materials基于磁热效应的磁制冷技术因其环境友好，效率高等优点而受到广泛关注。但是，目前的磁制冷材料很难满足实际应用需求。主要表现在大磁熵变峰值和大的制冷能力难以同时兼顾。由于磁热效应通常伴随着磁结构的变化，所以解决此问题方法之一就是寻找具有多重磁相变的磁制冷材料，其在保证大磁热效应的同时，又能在一定程度上加宽制冷温区从而增加制冷能力。因此厘清这...

一种新颖的高熵(Y0.2La0.2Er0.2Ho0.2Tm0.2)6MoO12具有高近红外反射和低导热性的陶瓷纳米纤维

2025 - 05 - 09

点击次数: 78

来源：Journal of the European Ceramic Society 随着“双碳”（碳达峰和碳中和）目标的提出，降低能耗和提高能源效率已成为关键问题。通过高级隔热材料减少热传递是提高能源效率和降低全球总能耗的有效方法。特别是在建筑、制造、航空航天和太阳能集中领域，绝缘材料可用于节省能源并保护绝缘物体免受温度波动的影响。理想的保温材料应具备低密度、低导热性、良好的机械性能和...