在載貨汽車中，鋼板彈簧把車架與車橋用懸掛的形式連接在一起，承受車輪對車架的載荷沖擊，消減車身的劇烈振動，保持車輛行駛的平順性和對不同路況的適應性。50CrVA作為鋼板彈簧的最常用材料，有良好的力學性能和工藝性能，淬透性較高，釩的加入使鋼的晶粒細化，降低過熱敏感性，提高了強度和韌性，具有較好的抗疲勞強度，屈強比也較高。

噴丸強化是利用高速彈丸流對金屬材料表面進行沖擊，使其表面及近表面發生塑性變形，出現應變硬化、組織結構和殘余應力的變化，可以改善零件的表面完整性，提高零件在室溫下和疲勞斷裂抗力和應力腐蝕開裂抗力。

本文研究了高強度彈簧鋼50CrVA無缺口板狀試樣經淬火回火后達到1200～1800MPa的抗拉強度時表面處理后的殘余應力，以及各種表面狀態下的疲勞行為。

材料和熱處理

50CrVA主要成分見表1。用長400mm的試樣先在860℃淬火，然后分別在390℃、500℃、615℃進行回火，獲得了抗拉強度為1200MPa、1500MPa、1800MPa的試樣。試樣按表2進行表面處理。

表1 50CrVA主要成分(%)

表2 表面狀態和材料狀態

試驗結果

試樣的加載采用四點彎曲法，最小應力為常數200MPa，最大應力可變。殘余應力的測試采用X射線法，晶格變形可按照Sin2ψ 法計算。為了測量殘余應力分布，使用電解拋光對試樣的表面進行連續剝層。

疲勞試驗前的表面狀態見表3，抗拉強度1500MPa的試樣表面粗糙度，在未噴丸時大約為31μm，而經噴丸處理后升高至63μm，強度為1200MPa的試樣情況與此類似。但1800MPa的高強度水平的試樣噴丸后表面粗糙度卻顯著的降低至37μm。

表3 疲勞試驗前的表面狀態

試樣表面上的殘余壓應力隨著抗拉強度的增加而增加，并且殘余壓應力的最大值和它在表面層下的深度也與此類似。預應力噴丸使試樣表面產生了最大的殘余壓應力，同時預應力噴丸不但使殘余應力的最大值增加，而且使最大值距表面的深度增加。

疲勞試驗中觀測的現象表明：

⑴噴丸前的預應變減少了塑性應變速率；降低試驗溫度，則塑性應變降低；

⑵裂紋源通常在非金屬夾雜物附近，這是由于夾雜物局部區域造成了很高的應力集中；

⑶噴丸處理可推遲裂紋的萌生，而預應力噴丸對裂紋的萌生有更大的推遲作用，降低試驗溫度具有同樣效果。

裂紋萌生期依賴于抗拉強度，抗拉強度增加可使裂紋萌生時間增加，這種關系也適合于低溫的情況，但裂紋產生后，并不穩定擴展。這是由于隨著表面層殘余應力的增加，裂紋的擴展可被推遲到Ng(該點定義為裂紋穩定擴展至斷裂時的壽命)。隨著壓應力的增加，裂紋遲緩(Ng-Ni)增加，循環到斷裂的周次Nf也增加。Ni為裂紋萌生時的循環周次，Nf為循環至斷裂的周次。

同一表面處理狀態下，增加抗拉強度，疲勞壽命增加。同一抗拉強度下，預應力狀態的疲勞壽命增加。

疲勞壽命受臨界裂紋長度ac的限制，而臨界裂紋長度依賴于抗拉強度和溫度。降低溫度和增加抗拉強度都使臨界裂紋長度減少，當然，臨界裂紋長度也受加載水平影響。

對不同抗拉強度、試驗溫度和表面處理試樣疲勞后，試樣力學性能的變化(由疲勞加載所引起)如表4所示。