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摘要: 为了提高车轴寿命, 使车轴表面产生较大压应力, 分析了50钢车轴表面残余应力变化规律, 采用X射线法检测了车轴表层经过低温淬火和滚压后的轴向、周向和径向应力。测试结果表明, 采用此方法后, 车轴表面的残余应力大幅提高, 最大增幅为556 MPa, 且应力分布均匀, 说明此方法能够有效提高车轴的疲劳寿命。Abstract: In order to improve the fatigue life and surface pressure stress of 50# steel axle, its stress change rules were analysed, its residual stress was measured by X ray method when the axle surface was going through the process of low-temperature quenching and the various process of rolling and pressing.Measured results show that the residual stress of 50# steel axle surface are improved greatly, the maximum improved value is 556 MPa, which shows that the method can efficiently improved the axle fatigue life cycle.
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表 1 X射线应力仪工作参数
Table 1. Working parameters of X ray stress device
X射线特性 Cr-Kα 滤波片 V X光管工作电压/kV 30 X光管工作电流/mA 6~8 测试晶面 α-Fe(211) 
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表 2 车轴化学成分
Table 2. Chemical composition of axle
/% C Si Mn P S Cu Cr Ni Mo 0.490 0.280 0.790 0.010 0.005 — < 0.100 0.018 0.010
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表 3 车轴机械性能
Table 3. Mechanical properties of axle
状态 σ0.2/MPa σb/MPa δ5/% ψ/% HB 金相 低温淬火前 340 645 26 47 181 珠光体+铁素体 低温淬火后 — 660 26 48 186 珠光体+铁素体
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表 4 表面残余应力
Table 4. Surface residual stress /MPa
状态 测点 1 2 3 4 5 6 7 平均应力 淬火前 轴向 30 43 -105 -90 -154 37 -49 -41 周向 10 68 12 -6 -80 68 24 -4 淬火后 轴向 -204 -166 -207 -174 -274 -306 -241 -224 周向 -204 -260 -218 -124 -256 -278 -254 -227
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表 5 测试残余应力
Table 5. Measured residual stress
/MPa 测量深度/mm 轴向应力 周向应力 轴向修正量 周向修正量 实际轴向应力 实际周向应力 实际径向应力 0.000 -371 -371 0.00 0.00 -371.00 -371.00 0.00 0.410 -228 -204 1.46 0.65 -226.54 -203.35 0.65 0.975 -62 -12 2.02 0.70 -59.98 -11.30 0.70 1.515 -62 22 2.51 0.61 -59.49 22.61 0.61 4.295 -6 15 2.77 0.28 -3.23 15.28 0.28 10.005 22 -9 0.67 0.71 22.67 -8.29 0.71
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表 6 表面残余应力
Table 6. Surface residual stress /MPa
测点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 平均 滚压前 轴向 -22 68 43 -37 -24 -68 -22 -49 12 -11 周向 12 96 -22 56 43 -9 68 -6 22 28 滚压后 轴向 - -436 -568 -690 -717 -698 - -473 - -597 周向 - -350 -418 -383 -330 -266 - -296 - -340
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表 7 测量应力
Table 7. Measured stress
/MPa 剥层后直径/mm 深度/mm 测试轴向应力 测试周向应力 257.40 0.000 -358 -220 255.45 0.975 -99 -130 254.45 1.475 -152 -154 253.38 2.010 -166 -192 252.30 2.550 -37 -28 250.30 3.550 -22 56 245.30 6.050 6 -6 235.30 11.050 -49 0
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表 8 车轴径向测量残余应力修正值
Table 8. Correction values of measured radial residual stress
/MPa 剥层后直径/mm 轴向修正量 周向修正量 实际轴向应力 实际周向应力 实际径向应力 257.40 0.00 0.00 -690.00 -383.00 0.00 255.45 1.51 1.98 -97.49 -128.02 1.98 254.45 2.70 3.19 -149.30 -150.81 3.19 253.38 4.10 4.00 -161.90 -188.00 4.00 252.30 4.42 4.12 -32.58 -23.88 4.12 250.30 4.77 3.67 -17.23 59.67 3.67 245.30 4.53 3.73 10.53 -2.27 3.73 235.30 8.69 0.00 -40.31 0.00 0.00
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