Fatigue properties of an ion-nitrided steel, under direct stress conditions, are investigated. S-N curves have been established, and it is found that there is a significant increase in fatigue strength in the high cycle region.
In the low cycle region, there results brittle fracture due to case hardening. But in the high cycle region, it is found that cracks propagate from the inclusions in the core. Therefore, the ion-nitriding causes a reduction in fatigue strength at low cycles and an improvement at high cycles.
Specimen nitrided for a long time, e.g., for 7 hours shows more increase in fatigue strength in the high cycle region than other specimens-nitrided for 1 hour or 2 hours.
The fractographs of the fracture surfaces taken by optical microscope and SEM (scanning electron microscope) show that cracks initiated from the non-metallic inclusions in the core propogate and lead to fracture in the high cycle region.
인장-압축 (push-pull) 피로를 받는 이온 질화강의 피로 파괴에 있어서 high cycle 영역에서의 피로 강도는 단면 크기에 대한 질화층 크기에 의해 큰 차이를 갖게된다. 비록 질화층에 존재하는 질화물의 형성과 압축 잔류 응력이 균열 발생 및 전파를 억제하는 기능이 있더라도 단면이 큰 경우에는 질화층의 깊이와 압축 잔류 응력의 크기가 작아서 그 영향이 무시된다. 그러나 단면적이 작은 경우에는 core의 인장 잔류 응력이 크긴 하지만 case/core 면적비와 질화층에 생긴 압축 잔류 응력이 커서 피로 강도에 좋은 효과를 주어 증가를 가져온다.
