摘 要:對３００M 鋼在空氣和質(zhì)量分數(shù)３．５％NaCl水溶液中分別進行了疲勞裂紋擴展速率試驗,得到了其疲勞裂紋擴展速率Ｇ應(yīng)力強度因子范圍曲線,并分別利用 Paris公式和 Walker公式對曲線進行了擬合;分析了應(yīng)力比、腐蝕環(huán)境、頻率對疲勞裂紋擴展速率的影響.結(jié)果表明:３００M 鋼的疲勞裂紋擴展速率隨應(yīng)力比的增加而增大;在相同應(yīng)力比下,３００M 鋼在 NaCl水溶液中的疲勞裂紋擴展速率在裂紋擴展前期比在空氣中的快,在擴展后期則趨于一致;較低試驗頻率下３００M 鋼在裂紋擴展前期的疲勞裂紋擴展速率比在較高頻率下的快.

關(guān)鍵詞:３００M 鋼;疲勞裂紋擴展;應(yīng)力比;腐蝕疲勞

中圖分類號:TG１１５．５ 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:１０００Ｇ３７３８(２０１７)０６Ｇ００１７Ｇ０３;當(dāng)AlN含量為１％~１５％時,復(fù)合材料較致密,當(dāng)AlN 含量增加到２０％時,其組織疏松;隨著AlN 含量的增加,復(fù)合材料的顯微硬度和抗壓強度都呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢,摩擦因數(shù)和磨損量均先減小后增大,磨損機理由黏著磨損向磨粒磨損、剝落磨損依次轉(zhuǎn)變.

關(guān)鍵詞:銅基復(fù)合材料;AlN;放電等離子燒結(jié);摩擦磨損

中圖分類號:TB３３１　　　文獻標(biāo)志碼:A　　　文章編號:１０００Ｇ３７３８(２０１７)０３Ｇ００３９Ｇ０４

EffectofAlNContentonPropertiesofAlN/ZrＧCuComposite

XUJinＧpeng１,ZHANGXiuＧqing１,XUJinＧfu２,PU HaiＧzhou１,GULiangＧnan１,XUELingＧhua１

(１．SchoolofMaterialsScienceandEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai２００２３７,China;

２．SchoolofMaterialsScienceandEngineering,NingboUniversityofTechnology,Ningbo３１５０１６,China)

Abstract:AlN/ZrＧCucompositeswereprepared withraw materialsofCupowder,Zrpowderand AlNpowderby the spark plasma sintering method．The effects of AlN massfraction (１％ － ２０％)on the

micromorphology,mechanicalproperties,frictionandwearpropertyofthecompositewerestudied,andthewear

mechanism wasanalyzed．Theresultsshowthatfine AlN particlesdispersivelydistributedinthecopperalloy

matrix．WiththeAlN massfractionsof１％to１５％,thecompositeswererelativelydensewhilethemicrostructure

wasloose withthe AlN massfractionof２０％．Withtheincreaseof AlN content,the microＧhardnessand

compressivestrengthofthecompositespresentedatrendoffirstincreasingthendecreasing,whilethefriction

coefficientandabrasionlossfirstdecreasedthenincreased．Thewearmechanismchangedintheorderofadhesive

wear,abrasivewearandspallingwear．

Keywords:coppermatrixcomposite;AlN;sparkplasmasintering;frictionandwear

引 言

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度鋼,因具有良好的強度、塑性和抗疲勞性能而成為當(dāng)今飛機起落架的首選材料[１].隨著飛機結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計理念的發(fā)展,斷裂韌性、疲勞裂紋擴展性能等也成為了評價飛機用材料性能的重要指標(biāo).文獻[２Ｇ６]研究了３０CrMnSiNi２A、GCＧ４、AerMet１００等超高強度鋼的疲勞裂紋擴展行為,討論了應(yīng)力比、加載頻率、試驗環(huán)境、材料組織等因素對這些超高強度鋼疲勞裂紋擴展性能的影響;

;張國棟等[８]對３００M 鋼焊接接頭的疲勞斷裂制進行了研究.但有關(guān)３００M 鋼疲勞裂紋擴展行為的研究尚未見報道.

３００M 鋼的疲勞裂紋擴展速率反映了該鋼在標(biāo)準(zhǔn)條件下的抗疲勞裂紋擴展能力,是確定零件服役壽命 的 重 要 指 標(biāo). 因 此,作 者 在 不 同 條 件 下 對３００M 鋼進行了疲勞裂紋擴展速率試驗,分析了應(yīng)力比、試驗環(huán)境、頻率等因素對中速(裂紋擴展速率da/dN 在１０－５~１０－３ mm??周次－１)擴展區(qū)疲勞裂紋擴展速率的影響,并用 Paris方程和 Walker方程

對中速擴展區(qū)曲線進行了擬合,為該鋼的應(yīng)用與評價提供數(shù)據(jù)參考.

１ 試樣制備與試驗方法

試驗用材料為３００M 鋼棒,由撫順特鋼生產(chǎn),規(guī)格為?４００mm,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展試樣.拉伸試樣的尺寸為?１０mm×１１０mm,標(biāo)距為５０ mm;斷裂韌度試樣的尺寸為 １５ mm×３０mm×１４０mm;緊湊拉伸疲勞裂紋擴展試樣的尺寸見圖１,厚度為２０mm,取樣方向為縱向.

圖２ 在不同條件下３００M 鋼試樣的da/dN 隨 ΔK 的變化曲線

Fig.２ Variationcurvesofda dN withΔKof３００Msteelsamplesunderdifferentconditions a airand b NaClＧwatersolution

Paris模型是應(yīng)用廣闊的描述材料疲勞裂紋擴展規(guī)律的模型之一.將 Paris公式取對數(shù),得到其對數(shù)表達式為lg(da/dN)＝lgC ＋mlg(ΔK) (１)

式中:C,m 為材料常數(shù).

用式(１)對圖２數(shù)據(jù)進行線性擬合,得到不同條件下的擬合參數(shù),如表１所示.表中,r２ 為表示線性程度的相關(guān)系數(shù).由表１可以看出:兩種環(huán)境下的r２ 均高于０．９５,可見３００M 鋼的疲勞裂紋擴展速率與 Paris公式符合良好;空氣環(huán)境中的r２ 比 NaCl水溶液中的高,說明 NaCl水溶液中的疲勞裂紋擴展速率分散性相對較大.。