時效溫度對18Ni（250）馬氏體時效鋼低周疲勞性能的影響

20世紀60年代，國際鎳公司（INCO）開發出具有較高應用價值的超高強度18Ni馬氏體時效鋼，這種鋼具有優異的強韌性配比、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件，被廣泛應用于航空、航天等尖端領域。對于馬氏體鋼，其在循環過程中一般表現為循環軟化的特征，降低了小應變范圍內的疲勞壽命，甚至得不到穩定的疲勞極限。時效溫度對馬氏體鋼的力學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，本項目通過軸向恒應變幅控制的低周疲勞試驗，研究了不同時效溫度對18Ni（250）馬氏體時效鋼低周疲勞性能的影響，對其循環應力響應曲線和滯后回線進行了理論分析，并對疲勞斷口進行觀察分析，以期為該鋼在工程應用中的疲勞破壞行為提供參考。

試驗用馬氏體時效鋼采用真空感應+真空自耗重熔的雙真空冶煉，主要化學成分（質量分數，%）為17.89Ni、7.8Co、4.96Mo、0.4Ti、0.09Al，余量Fe。鋼錠經過1200℃長時均質化處理后鍛造成材。拉伸試樣尺寸為：標距段直徑d=5mm，長度l=5d；光滑低周疲勞試樣尺寸為：標距段直徑Φ6.35mm，長度110mm。熱處理工藝為：820℃固溶1h后空冷，分別在460、480、550℃溫度下時效5h后空冷。采用光學金相（OM）、掃描電鏡和疲勞壽命測試等方法研究了1700MPa級18Ni（250）馬氏體時效鋼在不同時效溫度下的疲勞性能。結果表明：

（1）經不同時效溫度處理后試樣的顯微組織均為板條馬氏體，時效溫度升高，馬氏體板條發生分解；隨時效溫度升高，試樣的強度先升高后降低，在480℃時效時試樣的強度達到最大值。

（2）在小應變幅疲勞加載條件下，試樣表現出循環軟化特性，時效溫度為480℃時，軟化程度較小；試樣的疲勞滯后回線幾乎為直線，疲勞變形行為以彈性變形為主，塑性應變量較小，疲勞過程中損傷較小。

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

（4）時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，在不同時效溫度下試樣的疲勞性能和強度的變化趨勢基本一致，試樣在480℃時效可獲得最佳的疲勞性能和強度。

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