時(shí)效溫度對(duì)18Ni（250）馬氏體時(shí)效鋼低周疲勞性能的影響

20世紀(jì)60年代，國(guó)際鎳公司（INCO）開發(fā)出具有較高應(yīng)用價(jià)值的超高強(qiáng)度18Ni馬氏體時(shí)效鋼，這種鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)韌性配比、良好的焊接及冷熱加工性能，并且熱處理工藝簡(jiǎn)單，可用于制造重要的承力構(gòu)件，被廣泛應(yīng)用于航空、航天等尖端領(lǐng)域。對(duì)于馬氏體鋼，其在循環(huán)過程中一般表現(xiàn)為循環(huán)軟化的特征，降低了小應(yīng)變范圍內(nèi)的疲勞壽命，甚至得不到穩(wěn)定的疲勞極限。時(shí)效溫度對(duì)馬氏體鋼的力學(xué)性能和微觀組織有顯著影響，這在一定程度上影響著材料的低周疲勞性能。為此，本項(xiàng)目通過軸向恒應(yīng)變幅控制的低周疲勞試驗(yàn)，研究了不同時(shí)效溫度對(duì)18Ni（250）馬氏體時(shí)效鋼低周疲勞性能的影響，對(duì)其循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)曲線和滯后回線進(jìn)行了理論分析，并對(duì)疲勞斷口進(jìn)行觀察分析，以期為該鋼在工程應(yīng)用中的疲勞破壞行為提供參考。

試驗(yàn)用馬氏體時(shí)效鋼采用真空感應(yīng)+真空自耗重熔的雙真空冶煉，主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為17.89Ni、7.8Co、4.96Mo、0.4Ti、0.09Al，余量Fe。鋼錠經(jīng)過1200℃長(zhǎng)時(shí)均質(zhì)化處理后鍛造成材。拉伸試樣尺寸為：標(biāo)距段直徑d=5mm，長(zhǎng)度l=5d；光滑低周疲勞試樣尺寸為：標(biāo)距段直徑Φ6.35mm，長(zhǎng)度110mm。熱處理工藝為：820℃固溶1h后空冷，分別在460、480、550℃溫度下時(shí)效5h后空冷。采用光學(xué)金相（OM）、掃描電鏡和疲勞壽命測(cè)試等方法研究了1700MPa級(jí)18Ni（250）馬氏體時(shí)效鋼在不同時(shí)效溫度下的疲勞性能。結(jié)果表明：

（1）經(jīng)不同時(shí)效溫度處理后試樣的顯微組織均為板條馬氏體，時(shí)效溫度升高，馬氏體板條發(fā)生分解；隨時(shí)效溫度升高，試樣的強(qiáng)度先升高后降低，在480℃時(shí)效時(shí)試樣的強(qiáng)度達(dá)到最大值。

（2）在小應(yīng)變幅疲勞加載條件下，試樣表現(xiàn)出循環(huán)軟化特性，時(shí)效溫度為480℃時(shí)，軟化程度較?。辉嚇拥钠跍蠡鼐€幾乎為直線，疲勞變形行為以彈性變形為主，塑性應(yīng)變量較小，疲勞過程中損傷較小。

（3）不同溫度時(shí)效處理的試樣，疲勞斷口處的疲勞裂紋萌生于試樣表面的夾雜物處或機(jī)加工刀痕處，在裂紋擴(kuò)展過程中，疲勞條帶與裂紋擴(kuò)展方向垂直，且疲勞條帶形態(tài)、瞬斷區(qū)形貌均隨時(shí)效溫度的變化而不同。

（4）時(shí)效溫度主要通過影響微觀組織而影響試樣的低周疲勞性能，在不同時(shí)效溫度下試樣的疲勞性能和強(qiáng)度的變化趨勢(shì)基本一致，試樣在480℃時(shí)效可獲得最佳的疲勞性能和強(qiáng)度。

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