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三種芯棒用合金鋼（TBX-1, TBX-4, H13）的熱疲勞性能對比芯棒是現代熱連軋無縫鋼管生產中最重要的工具之一，其服役條件十分惡劣，在高溫下承受很大的復雜機械應力，同時經受著反復循環熱應力。隨著使用次數的增多，疲勞裂紋擴展延伸，最終由于裂紋超深或局部出現凹坑、掉塊、劃痕等缺陷導致芯棒失效，熱疲勞裂紋是芯棒的主要失效形式。因此，熱疲勞性能對芯棒的使用壽命起著重要作用。本次工作主要利用自約束熱疲勞試驗方法，對比研究新型芯棒用鋼TBX-1、TBX-4和傳統芯棒用鋼H13的熱疲勞性能，分析其熱疲勞裂紋萌生、擴展過程以及影響其熱疲勞性能的主要因素，為有效提升國產芯棒用鋼性能提供理論依據。 H13鋼為電渣重熔的國產鋼，經退火切削后截面尺寸為210mm×170mm，TBX-1和TBX-4鋼采用相同的冶煉工藝，得到150mm的鋼錠，三種鋼的化學成分如表1所示。熱疲勞試樣從鋼材橫截面中心沿軋制方向取材。三種試驗鋼的熱處理工藝，以及熱處理后的硬度與沖擊功如表2所示。經過淬回火試驗后，三種鋼的組織均為回火馬氏體，馬氏體基體上分布著回火析出的碳化物顆粒，其中H13鋼的組織較為細小，碳化物顆粒尺寸也小于TBX-1和TBX-4鋼。 表1 三種鋼的化學成分（質量分數，%）
表2 三種鋼的熱處理工藝及性能
采用自約束冷熱疲勞試驗方法，即瑞典Uddeholm熱疲勞方法進行熱疲勞試驗。熱循環方式：高溫700℃，室溫控制在20℃；加熱時間3.8s，加熱后停1s，冷卻時間8s，冷卻后停1s；冷卻介質：自來水；循環次數400～3000次。試樣分別經循環400、1000、3000次后，在稀鹽酸（10%）溶液中浸泡1015min去除表面氧化皮。采用體視顯微鏡對熱疲勞裂紋形貌進行觀察。采用先進的圖像處理技術對熱疲勞裂紋進行分析，并將試樣沿其加熱區中部剖開，觀察熱疲勞裂紋深度。采用MH-3型數顯式顯微硬度計從樣品表面至心部測量顯微硬度，并借助計算機輔助平臺計算鋼的熱疲勞表面損傷因子和截面損傷因子。沖擊試驗在JB-50B型沖擊試驗機上進行。試驗結果表明： （1）H13鋼在400次循環時表面未出現明顯疲勞裂紋，TBX-1鋼和TBX-4鋼均在400次左右萌生疲勞裂紋。 （2）分別計算三種芯棒用鋼的熱疲勞損傷因子，TBX-4鋼的熱疲勞損傷因子小于H13鋼和TBX-1鋼的。熱疲勞試驗后，TBX-4鋼表面裂紋均勻、細小，截面裂紋深度最小，未形成明顯的主裂紋，其熱疲勞抗力高于TBX-1鋼和H13鋼。 （3）三種芯棒用鋼在硬度相近的情況下，由于TBX-4鋼具有優異的沖擊性能，故其表現出良好的熱疲勞性能，說明沖擊韌性對材料的熱疲勞性能起著決定性作用。 下一篇： 汽車發動機曲軸疲勞性能分析研究
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