Effect of Preliminary Torsional Strain on Low-Cycle Fatigue of Q345B Structural Steel

Abstract

Effect of preliminary torsional strain on low-cycle fatigue of Q345B steel was studied. The specimens were first 0, 180, and 360° twisted, then the low-cycle fatigue of Q345B steel was evaluated in the strain range of 0.3–0.8% by the method of axisymmetrical strain. The cycling response, cyclic stress–strain relationship, strain–life relationship, fatigue life prediction model, and seismic stability at different torsion angles were obtained and analyzed. The strain–life curve is shown to slope down as a power function. The fatigue life comes down with preliminary torsional strain at a constant level. The cycling response varied from cyclic hardening to cyclic softening in preliminary torsion, and the cyclic hardening rate increased linearly with the strain amplitude. The parameters of the Coffin–Manson relation are corroborated with experimental data. After heat treatment, the seismic stability of the material is improved, with torsional strain greatly reducing this characteristic. Electron microscope examination of fatigue fracture revealed a fatigue crack initiating on the surface of the specimen. The propagating crack deviated from its direction, and plasticity of the material dropped as a result of preliminary torsional strain.

Изучено влияние деформации предварительного кручения на малоцикловую усталость стали Q345B. Вначале образцы скручивали на 0, 180 и 360°, затем методом осесимметричной деформации определяли малоцикловую усталость стали Q345B в диапазоне деформаций 0.3 0.8%. Получены и проанализированы характеристика циклических изменений, зависимость циклического изменения напряжения от деформации, зависимость деформация долговечность, модель прогнозирования усталостной долговечности и сейсмостойкость при различных углах кручения. Показано, что кривая деформация долговечность идет вниз и описывается степенной функцией. Усталостная долговечность снижается с увеличением деформации предварительного кручения при постоянном уровне последней. Характеристика циклических изменений варьировала от циклического упрочнения до циклического разупрочнения при кручении, скорость циклического упрочнения возрастала линейно с повышением амплитуды деформации. Параметры зависимости Коффина Мэнсона подтверждаются экспериментальными данными. После термообработки сейсмостойкость материала улучшается, при этом деформация предварительного кручения существенно снижает ее. Электронно-микроскопическое исследование усталостного разрушения выявило зарождение усталостной трещины на поверхности образца. Растущая трещина отклонялась от своего направления, пластичность материала снижалась в результате деформации предварительного кручения.

Вивчено вплив деформації попереднього кручення на малоціклову втому стали Q345B. Спочатку зразки скручували на 0, 180 і 360 °, потім методом вісесиметричної деформації визначали малоціклову втому стали Q345B в діапазоні деформацій 0.3-0.8%. Отримано і проаналізовано характеристику циклічних змін, залежність циклічної зміни напржень від деформації, залежність деформація-довговічність, модель прогнозування втомної довговічності і сейсмостійкості при різних кутах кручення. Показано, що крива деформація - довговічність йде вниз і описується ступеневою функцією. Втомна довговічність знижується зі збільшенням деформації попереднього кручення при постійному рівні останньої. Характеристика циклічних змін варіювала від циклічного зміцнення до циклічного знеміцнення при крученні, швидкість циклічного зміцнення зростала лінійно з підвищенням амплітуди деформації. Параметри залежності Коффина-Менсона підтверджуються експериментальними даними. Після термообробки сейсмостійкість матеріалу поліпшується, при цьому деформація попереднього кручення істотно знижує її. Електронно-мікроскопічне дослідження втомного руйнування виявило зародження втомної тріщини на поверхні зразка. Зростаюча тріщина відхилялася від свого напрямку, пластичність матеріалу знижувалася в результаті деформації попереднього кручення.