不同條件下300M鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展行為

300M鋼是20世紀(jì)60年代由美國研發(fā)的一種低合金超高強(qiáng)度鋼，因具有良好的強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能而成為當(dāng)今飛機(jī)起落架的首選材料。300M鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率反映了該鋼在標(biāo)準(zhǔn)條件下的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力，是確定零件服役壽命的重要指標(biāo)。因此，科研人員在不同條件下對(duì)300M鋼進(jìn)行了疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，分析了應(yīng)力比、試驗(yàn)環(huán)境、頻率等因素對(duì)中速（裂紋擴(kuò)展速率在10-5～10-3mm周次-1）擴(kuò)展區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響，并用Paris方程和Walker方程對(duì)中速擴(kuò)展區(qū)曲線進(jìn)行了擬合，為該鋼的應(yīng)用與評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)參考。

試驗(yàn)用材料為300M鋼棒，由某特鋼生產(chǎn)，規(guī)格為Φ400mm，退火態(tài)。從300M鋼棒上切取材料，制成拉伸試樣、斷裂韌度試樣以及緊湊拉伸疲勞裂紋擴(kuò)展試樣。對(duì)試樣進(jìn)行870℃1h淬火+300℃×2h兩次回火熱處理后，按GB/T228.1-2010和GB/T4161-2007分別進(jìn)行拉伸和斷裂韌度性能測(cè)試。根據(jù)GB/T6398-2000進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，最大載荷16kN，加載波形為正弦波，試驗(yàn)環(huán)境為空氣環(huán)境和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%NaCl水溶液。利用掃描電鏡觀察斷口形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）300M鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率隨應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的增加而單調(diào)遞增；在相同應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍下，應(yīng)力比為0.3下試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展速率高于應(yīng)力比為0.1下的；在NaCl水溶液中300M鋼的裂紋擴(kuò)展速率在裂紋擴(kuò)展前期比在空氣環(huán)境中的快，在擴(kuò)展后期則趨于一致；較低試驗(yàn)頻率下300M鋼在裂紋擴(kuò)展前期的裂紋擴(kuò)展速率比較高頻率下的快。

（2）分別用Paris方程和Walker方程對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率和應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍關(guān)系曲線進(jìn)行了線性擬合，擬合相關(guān)系數(shù)均在0.95以上。

（3）300M鋼的疲勞斷口由具有疲勞條帶的擴(kuò)展區(qū)和以韌窩為主的瞬斷區(qū)組成。

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