20世紀(jì)60年代,國際鎳公司(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)效耐磨板,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)效耐磨板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)效耐磨板采用真空感應(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,長度l=5d;光滑低周疲勞試樣尺寸為:標(biāo)距段直徑Φ6.35mm,長度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)效耐磨板在不同時(shí)效溫度下的疲勞性能。結(jié)果表明:
?。?)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。
?。?)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。
?。?)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。