High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

8
High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels Y. OCHI, T. MATSUMURA, K. MASAKI and S. YOSHIDA Department of Mechanical Engineering and Intelligent Systems, University of Electro-Communications, 1-5-1 Chofugaoka, Chofu, Tokyo 182-8585, Japan Received in final form 11 June 2002 ABSTRACT In order to investigate the fatigue properties of high-strength steels in the very long-life regime up to over 10 9 cycles, cantilever-type rotating bending fatigue tests were carried out for two kinds of high-strength steels, SUJ2 and SNCM439, which were machined by grinding and finished by electropolishing after grinding. And also, the residual stress on the specimen surface of the ground specimen was examined by X-ray diffractometer in order to investigate effects of the residual stress on the fatigue properties. From the investigations, the S±N curves clearly have a tendency to decrease again in the longer-life range over 10 7 cycles for both types of specimen and for both steels. From observations of fracture surfaces, it was found that fatigue crack origins could be grouped into two types: (i) `surface crack origin type' in the shorter-life regime and (ii) `internal crack origin type' in the longer-life regime. Keywords fatigue property; high-strength steel; very long-life regime; surface crack; internal crack; S±N curve. NOMENCLATURE d depth of inclusion from the specimen surface d 0 minimum sectional radius of specimen N f number of cycles to failure RSA rough surface area around the crack initiation site s standard deviation for fatigue limit DK ini stress-intensity factor range at crack initiation site s a stress amplitude s p true stress amplitude at the crack initiation site s w mean fatigue limit area p root of area of inclusion or RSA INTRODUCTION Recently very long-life fatigue over 10 7 cycles, which was assumed to be a fatigue limit of steel materials, has been noticed. 1±5 One of the reasons is the aged industrial structures, and materials such as railway wheels and rails, engine components, load bearing parts of automo- bile industry etc. have to endure up to 10 8 10 10 load cycles, and the other reason is that several unexpected failures have occurred in severe environmental applica- tions of many industrial structures and materials in very long-life fatigue regime. In the case of high-strength steels and surface-hardened materials, it has been reported that the S±N curve has a tendency to decrease again in the very long-life regime over 10 7 cycles. 6±15 However, most experimental investigations have been limited to testing periods up to 10 7 cycles, and the col- lecting and arrangement of the testing data of very long fatigue lives have been insufficient until now. In this paper, cantilever-type rotating bending fatigue tests were carried out for two kinds of high-strength steels ± (i) high-carbon±chromium-bearing steel SUJ2 and (ii) nickel chrom molybdenum steel SNCM439 ± which were machined by grinding and finished by elec- tro-polishing after grinding in order to investigate ß 2002 Blackwell Science Ltd. Fatigue Fract Engng Mater Struct 25, 823±830 823 Correspondence: Y. Ochi, 1-5-1 Chofugaoka,Chofu, Tokyo 182-8585, Japan. E-mail: [email protected]

Transcript of High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

Page 1: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

��������� �� ���� ������ � ���� ����� �� �� �������� ����� ����������� ����

�� ����� � � ���� � �� ������ ��� �� ���������������� ��� ������ ����������� ��� ����������� �������� ���������� �������������������� ����� � ������ � �� �� �!"�!�!��#����

$������� �� ���� �� �� #��� "%%"

�������� �� ����� �� ��������� � � ������� ��������� �� �� ������� ���� �� � � ��� ��������������� �� �� ��� ��� ������ �������������� �������� ������� ������� ��� ���� ���������� ��� ��� ���� �� �� ������� ����� ��� ��� �!"#$%�� � �� ���� ��� ���� ���������� ��� ���� �� �� ����������� ��� ����� ��������& '�� ���� � � ������� ��� ��� � ������� ������ �� � � ������ ������� �� �(������ �� )���� �������������� ������� �� ��������� ������ �� � � ������� ��� �� � � ������� ���������& *��� � ������������� � � �&' ���� ������� �� � �������� �� ������� ����� �� � � ���������������� ��� ��+ ����� ��� ��� ���� �� ������� ��� ��� ��� ����& *��� ����������� �������� ������� �� �� ����� � �� ������� ����� ������ ����� �� ������� ���� �������, -�. /������ ����� ������ ����0 �� � � ���������� ������ ��� -��. /�������� ����������� ����0 �� � � ����������� ������&

�������� ������� ��������1 �� ������� ����1 ��� ��������� ������1 ������ �����1�������� �����1 �2' ����&

��� ��!��"� �� ���� �� �������� ���� � � ������� ���������������� �������� ����� �� �������'�� ������ �� ����� �� �������

3�'� ���� ������ ���� ������ � � ����� ���������� ����� ������� �������� ��� ������� �����

�(���� ������������ ������ ����� �� ����� ���������� ������ ��� ������������ ���� ��� ��������� �� � � ����� ���������� ���������� ������� ������������������

� � ���� �� ���� �� �������� �� 3�'

# � ���$"�� #��

3������� ��� ��������� ������� ��� ��+ ������ � �� ������� �� �� � ������� ����� �� ���� ��������� � �����������&�24 5�� �� � � ����� � � � ���� ������������������ ��� �������� �� � ������� � ��� �������� ������ ���������� ���� ������� ���� �� ����������� ������� ���& �� �� ������ �� �� ��6����� ���������� ��� � � �� �� ����� � � �� ����� ���(������������� �� �������� �� ���� ������������ ������������ �� ���� ��������� �������� ��� �������� �� ���

��������� ������� ������& �� � � ��� �� �� ������� ���� ��� ������� ������� ��������� �� � ������������ � �� � � �&' ���� � � �������� �� ������������ �� � � ��� ��������� ������ ��� ��+ �����&72�4

8������ ��� �(���������� ����������� �� ����������� �� ������ ������ �� �� ��+ ������ ��� � � ����������� ��� ����������� �� � � ������ ���� �� ��� ����������� ��� �� ���� ����������� ����� ���&�� � � ������ �������������� �������� ������� ���������� ���� ������� ��� ��� ��� ���� �� �� ������� ���� 2 -�. �� �������2� �������������� ���� ��� ��� -��. ������ � ��� ���������� ���� �!"#$%� 2� �� ���� ��� ���� �� �������� ��� ���� �� �� ������������� ��� ����� �������� �� ����� �� ���������

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� ������� %&'

������������, 9& 5� �� ��4�� " ��������� " ���� :���� �6 �6464� �����&;�����, �� �<���&���&��&=�

Page 2: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

� � ������� ��������� �� � � ��� ��������� ������& ���������� � � ������� ��������� ��� � � ����� ������ �������������� �� � � ���������� ��� � � ����������� ������&�� ��������� � � ������� ��� ����������� �� ������ ����������� �� ������� ���� ������� �� ���� �� )������������������ �� ����� �� ��������� � � ������ �� ������������ �� ������������ ��� �� � � ������� ���������&

() � #� ���! )��� $"�

���� � �� ���������

: � �������� ��� �� � � ����� ���� ��� ���� �� �� ������� ����, ��� �� �� �������2� ������������������� ��� � ��� � � �� �� �� ������ � ���� ����������� ����� �!"#$%�& : � � ������ ���������� � ��� �� :���� �& : � ������ ������ � � � ������������� � � ����� �� � � ������ �� � � ��� ��� %��#>�� �&%6? ��� ++68@� ����������1 � � ������� � � ������ �� � � �!"#$%� � 76�8@& *����� � �� � � �������� �� � � ������� �����& : � �������� �� ������� �������� �������� �� %��� ���� ����� �� +�� ��� ��� ������������� ������ �� �&�7&: � ��� ������� ���� ��� ����� ������ � ���� ���� ��������� �� ����� �&���� ��� � ��� A���� ���� ����� -���6B� $����� ��� ������� �� %4%B.��� �������� -$4%B� $����� ��� �������.� ��� � ��!"#$%� ������� ���� ���� �� ��� ����� ���� �� �������C�� -��%%B� 7����� ��� �������.� A����� �� -�� %B� 7����� ��� ������� �� %�%2%%%B. ����������� -$%%B� � ����� ��� �������.& : � ���� ������ �� ���� �� �� �������� ��� � D��� ���������&

: �� ������� ��� ������ /������ �������0& ���������� �������� � ��� � � ���� ������ �� �������� �� %��� ���� �� ������������ ��� ����� ������������� ��������& *�� ������������ ���� � � ��(�� ��A����� ���� ����� ���� ��� ������ ���� �� ���� ���� � ������� ��� ������������ ��� �� �� ���� ���& 2�&% ' �� �@ ��� %�2� � & : �� ������� ��������� /������������ �� �������0& :�� ���� �� � ������� ������� ��� � � ������������ �� ����������� ��� ��� � � ������� ���& '��� � � ������ ���� ��� $��( �� � � ������ ������� � ����� 4 �� �� � ������� ����& 5� � � �� �� ���� $��( �� � � ������������ ��� ������� � ����� � �� �� � � ������ ������ ��� $��( � ��(���� ��� � �� ���� �� �������&*����� � ��� � �� � � ������������� �� ��� ����!"#$%�� ����������& : � ������������� �� ��� �������� �� ������ ������� ������� ��������� ����������� �� � � �����( �� �������� ���������& '�� � �������������� �� �!"#$%� � � ��(�� �������� �������� �� ������������� ��������� ��� �������&

������ ������ ���������� �� ������ �����

: � ������� ��� �� ������� �� ���� �� )������������������ 3�!:� 4�� -3����� "�& E��� %����

�� � � " ������ ���������� �� � � �������� -�� ����������.

-�. ���

" �� #� > � "� "� !� #� -�.

�&�� �& % �&%7 �&�� �&��+ �&$4 �&�7 �&�$ �&� 6 ���

-�. �!"#$%�

" �� #� > � "� !� "� #�

�&$� �& �&+6 �&� � �&��% �&�6 �&+6 �&6% �& �

R7

100

φ3

φ10

C0.5

���� � F������� �� � � �������&

(a)

(b)

20 µm

20 µm

���� � #������������ �� ��� ��� �!"#$%�, -�. ��� ���

-�. �!"#$%�&

��� � � ��� � � � � � �

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� �������

Page 3: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

#�������� '�� ���� :���� ��7�6777� �����.& : � ���������������� ������� ����� �� � � ���� ���� -�������� �������� �������� �� %��. ���� ������������ ��� ��� � � ������� ���� �� � � �(��� ������������ �� � � ��������������� ��������� ���� ������� ������ �����& : � ������� ��� ���������� �� ���������� �� ���� "��B� )���� ��� � � ���� ����� ����&���&"������������� �������� ������� ������� ��� ����������� ��� �� � � ��������� � �� � � ���� �������������� ������� ���� ���������� �� �&4� �&4 �" ���4�� ��? �� �� ��� ����� ���� ����������& : � ����������� ���A����� �� %�4� ���& : ��� � � ��� ��������� � � ������� � ����� ������� ������ � � �(��������� ������ � � �������� ����� ����� � ��� �����&: � ������� ��� ����� ���� �� �� � ��� �����& *����� �� � � ������ �������� �� ��������� �� � � �������� ����� �� � � ����� �� �� ��+ �� � � ���������� �� �� � � ��#; ������� �� ��������� �� ������ �������&�7��+ '���� � � ���� ���� �������� �� � �������� ��� ��� � � �������� � �� ���� ��� �������� � � ������� ����� �� �� ��+� ���� ����� �� �� � ��� �����& : � �������� ������ �� ��� ����������� ������ �� ���� �� �;# ��� �� ������� ���������� ����� � � ������� ���&

� �"!�� ��$ $ #��"�� #��

������ ������ ������������

: � ������� ��� �� ������� �� � � ���� ���������� ������ � � ������� ���& : � ���� ���� �� � �������� ���� �� � � �(��� ��������� ��� � � ���������������� ��������� ���� �7 4#>� ��� �$% #>� ��� � ���� �������� ��� �4+�#>� ��� �$%%#>� ���� � �!"#$%� �������� ����������� � ��� ���� -2. �� � � �������� ������� ���& *��� � �������� �� � ����� � �� � � ������� ��� � ��� ������� � � ���� ���� ������ ��� � �� � � ������� ��� ��� � �(��� ��������� � ������ � �� � �� �� � � ���������������� ��������� �� ��� ��������& : � ����� � ����� ���� � �� � � ���� ������ �� ���� �� �� �������� ��� �D��� ���������&*����� %� ��� � �� � � ����� �� � � ������� �������������� �� ������� �� � � �������� ��������� ��� � ���� ��� � � �!"#$%� �������� ����������& *���� �� ������ �� � ��� � �� � � �������� ���������� �� � � �(��� ��� � � ��������������� ��������� ��� � ���� ���� ������ ������� ������� �� � � ������������ ���� � � ������ �� ����� � �� ��� � � ��� ����� ����� 6�� ��� � � �!"#$%� �������� �������������� � �� � �� ������� ����� ����#>� ��� ��� ���������& G��� � � ������ ������� ��� ��� ��� ������ ��*��& % ������ � � ������� ��� � ������� ���� �� � �

���� �� �7��� ��� ��� ��� $��� ��� �!"#$%����� � � ������& "��������� � �� ���������� �������� ������ ���� �� �� � � ���� ���� �� � � ������������ � � ������������ ���� � � ������� ��� � �� � ����� ������ �� ������ �� �� � � %��� ���� �������������� ��� �� ��� ��� � � ������� ��� � ��/������������ �� �������0 �� ����� �� ��������� � ������� �� � � �������� ������� ��� �� � � ����������� �� � � ������� ��������� �� � �&' � �������������� ����� ���������� ��� ����������� �� ����� �� � �����&

��� ������

*����� $� ��� � �� � � �&' ���� ��� � � ��� ���� � �!"#$%� �������� ����������& : � ����� ���� � �� � �� � � ����� �� ������� ��� ��� �������������� ��� � � ����� � ��� � �� � � ����� ��������� ��� ��� � � ������������ �� ������� �� *��& $���� �& �� *��& $� � � ����� �� � � ������� ��� ����� ��������� ���� ��� ����& : � ���� ����� � ��� �

�� � � /������ ����� ������ ����0� � �� ���� � ��������� ����� �������� ���� ���������� ��� �� ������ ��������� ���� �� � � ������� ������ �� � ������ � ����� �������� ���� ��� �� � � ������ � ��������� �� � �

0 20

: Axial direction: Circum. direction

: Axial direction: Circum. direction

40 60 80Distance from surface d, µm

100 120 140 160

0 20 40 60 80Distance from surface d, µm

Res

idua

l str

ess,

MP

aR

esid

ual s

tres

s, M

Pa

100 120 140 160−800

−600

−400

−200

0

−800

−600

−400

−200

0(a)

(b)

���� � 3������ ��� ����������� ��� ������ �� ���� ���

������� �� -�. ��� -�. �!"#$%�&

� ��� ������ ��� ��� ���� ��� �� ���� � ��� �� ���

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� �������

Page 4: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

��������� ������& �� � ��� � �� � �� ��� ������� �� � � �� ������ ��������� ��� � � ���������� ������& : ����� ����� � ��� � �� � � /�������� ����� ����������0� � �� ���� � �� � � �������� ����� �������� ������������� �������� ����� � � ������� ��� � �� ��� ���� ���� � ����� �� � � �������� ������� � ���������� �� � � ��������� ������& �� � ��� � �� � �� ���������� �� � � ��������� ��������� ��� � � ����������������� ��� ����� ��7 �����&"�������� � � ����� �� ������� ��� ��� � � ������������� ��� � �� ���� ������������ �� ���������� � � ��� �� � � /������ ����� ������ ����0� �� � ������ �� ������� ��� �� � � ������������ �� ������� ������� �� ����� � �� � �� �� � � ������ ���������� ��� � ��� ��� ����� ��� ��� �!"#$%�& �� � � ����� � � /�������� ����� ������ ����0� � � ������� ��� �� � ������������� �� ������� ��� ����� ��� � � �� ��� � ������ ������� �� ��� ����& �� � ��� � �� � ��&' ���� ������� �� � �������� �� ������� ����� ��� � ��� ��������� ������ ��� ��+ ����� ��� ��� � ������� ��� � � ������������ �� ������� �� ���

����� � � ���� �������� �� ���� ������ ��&72�4

*��� ������� �� � � ��� �� ������ �������� � �/������ ����� ������ ����0 ��� � � /�������� ����� ����������0 ���(�� �� ��� �$��#>� �� � � ��� � ��� ����� ��4�#>� �� � � �!"#$%�& '��� �� � � ��� �������������� �� �������� ��� ����� ������ �������(�� �� ��� �%�� ��� � ��#>� �� � � ��� � ����� ��� ����#>� �� � � �!"#$%�& *�� � � ��� �������� �������� � � ���� ������� ����� �� ��� � �������� �������� ���� �������� �� � � ���������� �� �� ��+ ����� � ��� � +4#>�� �� &%#>� ��� � ��� ��� � ��� ����#>�� �� %#>� �� � ��!"#$%�� ����������& : � ���C����� ���� ���� ��*��& $� ��� � ������ � � ���� ������� ����� �� �� � �������� ��� ��&

������� ������ ���������� �� ������������ ��������� ��������

'���� � � ������� ���� � � �������� ������ �� ��� ������������� ���� ������ �� ���� �� �;# �� ����� ����������� � � �������� ���������� ���& ' ���������

103 104 105 106 107

Number of cycles to failure Nf, cycles108 109 1010

103600

800

1000

1200

1400

1600

104 105 106 107

Number of cycles to failure Nf , cycles

Str

ess

ampl

itude

sa,

MP

a

800

1000

1200

1400

1600

1800(a)

(b)

Str

ess

ampl

itude

sa,

MP

a

108 109 1010

: Surface (grinding): Fish-eye (inclusion, grinding): Fish-eye (non-inclusion, grinding): Surface (electro-polishing)

: Fish-eye (electro-polishing)

: Surface (grinding)

: Fish-eye (grinding)

: Surface (electro-polishing)

: Fish-eye (electro-polishing)

���� � �&' ����, -�. ��� ��� -�. �!"#$%�&

60 µm

20 µm

(b)

(a)

���� 5�������� �� �������� ������ �� � � ������ ������� ��

��� , -�. ������� ����� ������ ���� -��� �7��#>��'�� �&% � ��$.1

-�. �������� ����� ������ ���� -��� � 4� #>��'�� �&74� ��+.&

��� � � ��� � � � � � �

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� �������

Page 5: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

������� �� �� ����� � �� � � �������� �� � � ������������� ��� � �� �� � � ������������ �� ����������� ���� �� �� ������� ���� ��� ���� �� ��� ����&5�� �� � � /������ ����� ������ ����0& �� � � ������������� � � �������� ����� ������ �� � � ���������� ��� ��� ����� �� ���� � �������� ���� �� � � ������� ��������� � � ������ �������& 8������ � � ������������� ������ �� � � ������ ������ � ��� �� ������������ ��� �� � � ������� ������ ��� � � ������������ �� �������& : � �� �� �� � � /�������� ����������� ����0& *�� � � �������� ����� � � �������� ����������� �� ��� ����� � ����������� �������� ����� � ��������� ��� � �� ���� ���� �� ����� �� � � �������������� ��� � � ��� ����&*����� 4 ��� 7 �� �(����� �� � � �������� ��������������� ��� � � ������ ������� ��� � � ������������ �� ������� �� � � ��� & *����� 4� ��� 7� ���� � /������ ����� ������ ����0 ��� � � ������ ��� � ������������� �� �������� � ��� � ����� �������� ������� �� � � ����� �� � � ������ ��� � � ������ ��������

��� � ����� �������� ���� � � ������ � ��� � � ������������ ��� ���� � � ������ �� � � ������������ �� ���&*����� 4� ��� 7� ��� � � /�������� ����� ������ ����0 ���� � ������ ��� � � ������������ �� �������& : ����� ������� ��� ��� � � �� ���� ���� �� � � �������������� ��� � � �������� �� � � ������ �� � � �� ��������& : � �������� ���� ����� ��� � � ����� ������������� �� � � �!"#$%� ���� ����� ������ �� � �� �� � ���� & 8������ �� � � ��� �� /�������� ����� ������ ����0�� � � �!"#$%�� �� �� �(����������� ��� � �� � ����� �� �������� �� � � ������ �� � � �� ���� ����& : ����� ��� ��� � � � ����� �� � �� � � �&' ���� ��*��& $�& *����� +� ��� � �� �(����� ��� �� � ���� �� � ��� ���� ��� ���� �� �������������� �������������& *�� ��� �������� � � ������� �� � � �������� ���� � ������ �� ����� ���������� �� :�! �� ��� ���� ���'� 5%� #�� �� �� �� ���& *�� �!"#$%� ��������� � ������� �� � � �������� ��� � � ������ �� ��������������� �� '� 5% �� ��� ���� ��� #�� �� �� �����&

60 µm

20 µm

(b)

(a)

���� ! 5�������� �� �������� ������ �� � � ������������ ��

������� �� ��� , -�. ������� ����� ������ ���� -��� �%�� #>��

'�� �&6$� ��$.1 -�. �������� ����� ������ ���� -��� �%�� #>��

!�� 4&7�� ��+.&

8 µm

60 µm

(b)

(a)

���� " 5�������� �� �������� ������ �� � � �������� ����� ������

��� ��� �������� �� �!"#$%� -��� ����#>�� '�� 6&�7� ��7.,

-�. *� ���� ���� ��� -�. 8�� ���������� � ������� ���� �����

������&

� ��� ������ ��� ��� ���� ��� �� ���� � ��� �� ���

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� �������

Page 6: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

*����� 6� ��� � �� � � �� ���������� � ������� ������ � � �������� �� � � ��� �� � � /�������� ����������� ����0& *��� � � � ������� � �� �� ����� � ��� ��� �� � ���� ������ ���� -3�'. �� � � ���� ����� ��� �� � � ��������� � �������� �� #������� �� ��)�4

� ��C��� �� ��)��$ ����� �� ��)�4 ��� �� ��& : � 3�' ����� ������ �� � � ��� �� � ��� � ��� �� �� ���������� � � ������ �� � � �� ���� ���� � ��� �� � � *��& +&: � 3�' �������� ��� ��������� �� � � ������� ���� ��� � ��� ��������� ������1 ������ � ��� � �� ��������� �� ������� � � �������� �C� ��� � � ������� ���� � ��� �� *��& �& : �������� �� � ����� � �� � � ���������� �� � � 3�' ������ � � �������� � �� ���������������� �� ��������� � � �������� ��� ���� �� � ���� ��������� ������& *�� � � �������������� �� � � ���������� �� � � 3�'� #������� �� ��) ������� � � �������� � � ������� �������� � � ����� �� ������� �������������� ������ �� � ����� � �� ����������� ��������������� ���� �� ������� �� ������� ������ � ���������4 ��� ��� ����� �� ��) ������� � � ����������

��� � � ���������� �� ���� ������ �� � � ��� �������������� ������ � � ��������� ��� �� � � ��������&�4

8������ ���� � � ��������� �� � � �������� ������ ��� � �!"#$%� � ��� �� *��& +� � ��� ���� �� ��������� �� � � ������ �� � � �� ���� ����& : �������� �� ���������� �� ��������� �� � � ��������� �� � � 3�' ��� ����������� � � ��� ������� �������� �� � � ��� ���������������� ������ �� � � ���&*����� �� ��� � �� � � �������� �� �������

�������������

���

� � �������� �� � � 3�' ��� � � ������ �� � � ����� ��������� '� �� � � ��� ��� � � �!"#$%� ����� �����������& *��� � � ������� � �

�������������

��� � � �������� ��

�������� ���������� �� � � ���� �� 42�+ �� ���������������� �� � � '� �� ��� ����� ��� � �

�������������

���

� � 3�' �� � � ����� �� ������� ��� � � ��������� '�&*����� ��� ��� � �� � � �������� �� ������� � ���� �������� ������ ����� �� ����� ���������� ��� �(���

��� � � ������ �� ����� �� ������� '� �� � � ��� ���� � �!"#$%�& : � ��� �������� ������ ����� �� ��������������� ��� �(��� � ���� �� #������� �� ��),�6

4 µm

4 µm

(b)

(a)

���� # 8�� ���������� ��������� �� � � 3�' ���� � � ��������,

-�. ��� -��� �%��#>�� '�� 4&7�� ��+. ��� -�. �!"#$%�

-��� ����#>�� '�� $&�4� ��+.&

103 104 105 106

: Inclusion (grinding): RSA (grinding): Inclusion (electro-polishing): RSA (electro-polishing)

107

Number of cycles to failure Nf, cycles108 109 1010

0

5

10

15

20

25

30

35(a)

area

, µm

: Inclusion (grinding): RSA (grinding)

: RSA (electro-polishing)

: Inclusion (electro-polishing)

(b)

103 104 105 106 107

Number of cycles to failure Nf, cycles108 109 1010

0

5

10

20

15

25

30

35

40

45

area

, µm

: Inclusion (surface;electro-polishing)

���� $ 3������� �� ������� � ��������������

��� � � �������� �� � � 3�'

��� � � ������ �� ����� �� ������� '� , -�. ��� ��� -�. �!"#$%�&

��� � � ��� � � � � � �

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� �������

Page 7: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

�(��� � ��4������������������

�������������

�����

� ��� �� � ���������� �,

�� � �� �� �

��

� �� �

� ��� � � � � ���� �� �������� ���� � � �������������� ��� �� � � � ������� �������� ����� �� �������� ��� �� � � � ������� ��� ���������& *��� � �������� �(��� �� �������� �� 2$>�

������

�� ��� �(��� ��

�������� �� � � ����� �� ������� ��������� ��� � ������� �� ����� �� ������� '�& '��� �(��� �� � � 3�'�� $27#>�

������

�� ��� �(��� �� � � 3�' �� � � �����

�� �� ����� ������� ��� � � ������ �� ����� ��������� '�& 8���� � �������� �� � ��C��� �� ��)�$ � �� �� ��� ��� �������� ������ ����� �(� �� ����������� �� �������� � ����� 4#>�

������

���� ��� &

: �������� �(��� �� �������� � ������ � �� � � �(� &8������ �(��� �� � � 3�' � ��� ���� �� � � �(� �� � �

��� ��� � � �!"#$%�& �� � � ��� � � �� � � �(��� ��� � 3�' � ������� �� � � � �� ��� ��� �������� ����������� �(� & ��� �� � ��������� �� ��������� � � ������������ ���� �� � � 3�' �� ����� �� ��������� � � ������������ ������� ��������& H� ���� �������� � � ������������ ����� � � ���������� ��� ���� �� � � ���� ������&*���� � � ������� �(������ ���� � � �������� ���� ������������&

����!"� #���

�� ����� �� ��������� � � ������� ��������� �� ��� ������ �� ������� ���� 2 ��� ��� �!"#$%� 2 � �� ���� ��� ���� �� �������� ��� ���� �� �� ������������ ��� ����� ��������� ���� ����� ������� ��� ����������� ��� �� ���� � � �������������� �������� �������������� ������ ��� ���& ' ���� �� � � �&' ����������� � �������� ����� ������� ��� ��� � � ������� ��������� �� � � ������ �� ���������& : � ����������������� ��� � ������,

� 5� � � ���� ���� ������ �� �������� � � ���� ����

�� � � ������� ���� �� ����� �$�� �� �7��#>��

��� � � �������� ������� ��� ������� ��������

����� � � ������ �� � %� �� ���� �� � � ��� �� �

�� �� ���� �� � � �!"#$%�� � ��� � � ���� ���

����� �� ����� ����#>�&

� : � �&' ���� ������� �� � �������� �� ������� �����

�� � � ��� ��������� ������ ��� ��+ ����� ��� ��� �� � �

������ ��� � � ������������ �� ������� �� ��� ����&

�� � � ��� �� � � ������������ �� �������� ��� ����

�� ����� ������ ���(���� �� � � ��������� ����������

������ � � ������ �������&

� *��� �;# ��������� �� �������� ������� �� �� �����

� �� � � �������� ����� ������ ����� �� ������� ���� ���

����, ��� �� � � /������ ����� ������ ����0 �� � �

���������� ������ ��� � � �� �� �� � � /�������� �����

������ ����0 �� � � ����������� ������ ��� ��� ������ ���

������������ �� ������� �� ��� ����&

� �� � � ��� �� � � /�������� ����� ������ ����0� � �� ����

���� �� ��� �� � � �������� ������� ��� �����������

�������� ���� ������ ������ �� � � ������ �� � �

�� ���� ����& 8������ �� �(��������� ���� � ��� ��

�� �������� �� � � ������ �� � � �� ���� ���� �� � �

�!"#$%�&

' ���� ������ ���� -3�'. �� ������ �� � � ���� �

���� ��� �� � � �������� �� � � �� ���� ����1 � � 3�'

�C� �������� ��� ��������� � � ������ �� ����� ��

������� '� �� � � ��� ��������� ������&

! : � ���� �� �(��� ��� � � 3�' �� $27#>������

�� � ��

�� ����� ������� ��� '�& �� � � ��� � � �� � � �(��� ��

� � 3�' � ������� �� � � � �� ��� ������������ ������

����� �(� -����� 4#>������

�. �� � � ������ �����&

1032

3

4

5

6

789

10(a)

(b)

: Inclusion (grinding)

: RSA (grinding): Inclusion (electro-polishing)

: RSA (electro-polishing)

104 105 106

Number of cycles to failure Nf, cycles107 108 109 1010

103 104 105 106

Number of cycles to failure Nf, cycles107 108 109 1010

∆Kin

i, M

Pa

m

2

3

4

5

6789

10

∆Kin

i, M

Pa

m

∆Kth = 5 MPa m

∆Kth = 5 MPa m

: Inclusion (grinding)

: RSA (grinding): Inclusion (electro-polishing): RSA (electro-polishing)

���� �% 3������� �� ������� ��� �������� ������ ����� �� �����

���������� ��� �(��� ��� � � ������ �� ����� �� ������� '� , -�. ���

��� -�. �!"#$%�&

� ��� ������ ��� ��� ���� ��� �� ���� � ��� �� ���

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� �������

Page 8: High-cycle rotating bending fatigue property in very long-life regime of high-strength steels

� * � �� �

� ����� #& -���7. >����� ���� ��� ������ ������� �� ����� ��

�� ����� ���� ���� �������& ��, *��������� � � +,�� #���

-����� ������� &&� ��& $�$2$�4& 5� �� 9& -����. ����� ����� ��� ������ ������� �� ��� ����

���� ������� �� �������� ��������& ��, *��������� � � .!� #���-����� �������� ��& �2$&

% #������ B& �& ��� 50������ H& �& -����. : � ������� ����� ��� ��

�����������& #) /������ /����) ����� �����) ������) ��� 4$4244+&

$ G�� ��� "& -����. : ��� � �� �������� ������� ���� �� ��������

��������& #) /������ /����) ����� �����) ������) ��� 44�2474&

4 #�������� 9&� !������ :& ��� ����� :& -����. *����� ������

������ � � ��� ���� �� �������� ������� ������� �� ����&

#) /������ /����) ����� �����) ������) ��� 46�24��&7 #����� "&� !� �=���� �& ��� :������ 9& -��67. 3������� ��

������� ������� ������ ��� ����� ��� �� ������ ����&

����) #���� ������ - �� 6$+264 &

+ ;����� 8& ��� '���� B& -��6�. *������ ������ � �����������

�� �� ������ ����& ����) #���� ������ - � $424�&

6 B��� ���� 9&� ������ 9&� � ���C�� #& ��� B������� B& -���$.

3������� �� ������� ������� ����� ����������� ����������� ��

�������� ��� ������������� ��������� �� �� ������� ����&

����) #���� ������ - !%� +��2 + 4&

� '���� B& ��� 8�������� #& -���$. ;����� �� ���������� ��

�������� �� ������ �� ������� ������ �� :��7'��$@ �����&

#) ��) �����) ���) #��) ��� � 2�+&

�� '��� :& ��� B���C���� B& -���7. ��������� �� ������������

�������� ��� ������� �� �� ������ ������� ������ �� ����

����& #) ��) �����) ���) #��) � � �2�4&

�� #�������� 9&� :������ #& ��� :��� ���� :& -���+. ����������

���� ���������������� ������� ��������� �� A���� �� ���

�������� �&$7? ������ ����& #) ��) �����) ���) #��) �!���$�2��4$&

� B���C���� B& ��� !� �=���� �& -���+. *������ �������� �� ���

����� ���� �� ������ �� ������ ������ ����� ������� �����������

���������& #) ��) �����) ���) #��) �!� �%�72�$��&

�% B��� ���� 9&� ������ :&� 8������ #& ��� 8������ �& -���6.

��������� ����� ����� �� ���� �� �� ����� ������� �� ��

������ ����& ����) #���� ������ - !�� 4%72 4$�&�$ � ��C���� B&� :��� E& E& ��� � � ���� B& -����. ���������

������� ����� ���������� �� ���� ��� �2! ���� � �����������

�� �� �������� ������ ������� ����& #) ��) �����) ���) #��)

�#� ���42����&�4 ������ :&� :������ #&� � ��C���� B&� 5� �� 9&� !���=���� !&�

!�������� :& ��� 5����� !& -��������. " �����������

�����( �2! �������� �� �� ������ � ������ ������� ����

����� �������� ������� �� ��������� �������& ����) -���)�7 ��#; -���$. �������� ��� �� �� ��������� ������� ������&

#��� � %%")�+ !���C���� 8& ��� B������ �& -��6+. ����������� �&' ������

��� � 0�� �. ���������1 #��� �������� ��� � ������������� �&' �����) ������� #������� ��������� $������ �

@��& � ��& 4�27�� ;����� '������ �������&

�6 #�������� 9&� B������ �& ��� B������ �& -��66. I����������

��������� �� ������ �� ����������� �������� �� �������

������ �� �� ������ ����& ����) #���� ������ - �� 766&

�� � � ��� � � � � � �

� ���� �������� ���� ��� ������� ���� ���� ����� ���� ��� �������