660 工程科学学报，第43卷，第5期 (a) (b) (b) 250m 250m um (d) (c) m um 250m (e) ( 图5试样表面氧化.(a)△c2=0.7%:(b)△c2=0.9%:(c)△e2=1.1% Fig.5 Oxidation of the specimen surface:(a)Ac0.7%(b)Am= 0.9%,(c)△c2=1.1% 14m 1 um 图7不同应变幅和对应无应变幅疲劳组织.(a)△c2-0(18.6h: 此氧化是高温疲劳破坏的一大主要因素 (b)△cm2=013.1h:(c)△m/2=011.4h片(d)△Em/2=0.79%(18.6h:(e)△cm/ 2.3显微组织 2=0.9%(13.1h:(f)△xm2=1.1%(11.4h) 采用扫描电镜观察等温疲劳前后试样的微观 Fig.7 Isothermal fatigue microstructure with and without strain 组织，图6可以看出等温疲劳前的回火组织主要 amplitude:(a)△cn2-0(18.6hb)△cn2=0(13.1h(c)△c2=0(11.4h: 是马氏体和回火析出的碳化物以及淬火过程中未 (d△cn2=0.7%(18.6h,(e)△xm/2=0.9%(13.1h:(①△82=1.1%(11.4h)） 溶的碳化物，等温疲劳实验中在600℃高温和应 组织图采用image--pro软件辅助计算碳化物平均尺 变的循环下，组织有一定的长大和粗化，包括马氏 寸和数量，统计结果如图8所示.应变幅越大，碳 体板条的粗化和碳化物的长大.在长时间高温下， 化物数量越多，碳化物平均直径越小，1.1%应变 还会发生部分回复现象，马氏体板条的特征会消 幅试样循环周次短，但视场中出现的碳化物数量 失，图6(a)中为试样淬回火组织，在经过疲劳试验 最多，碳化物平均直径最小，较0.7%应变幅试样 后组织碳化物数量明显增加，如图6(b)所示. 数量多36.3%.平均直径小8.5%.可以得知应变对 碳化物析出的作用更大.应变大的试样碳化物较 (a) (b) 为细小，因为碳化物的粗化还与循环周次有关， 0.7%应变幅试样循环周次多，不仅有原本组织中 5 um 5μm 碳化物的粗化，还有回复过程中析出碳化物的粗 图6疲劳前后组织.(a)淬回火试样：(b)△8m2=0.7% 化，因此视场中大尺寸碳化物更多一些，碳化物平 Fig.6 Microstructure before and after isothermal fatigue:(a)specimen 均直径也更大 after quenching and tempering;(b)Ac /2=0.7% 100 为了更清晰地对比分析出应变对疲劳试样微 Average diameter of carbide/nm 2000 观组织的影响，进行一组600℃下无应变幅的试 Number of carbide 1673 验，三组试验时间分别对应0.7%、0.9%和1.1%应 差160 76.12 1497 80 变幅试样的试验时间，可以看出在高温下保温时 72.47 69.65 间越长，试样回复程度越明显，图7(c)还保留一些 1227 70 1200 马氏体板条特征，图7(b)到图7(a)马氏体板条特 60 征逐渐消失，碳化物数量越来越多，尤其是细小弥 800 散的碳化物越来越多，这是由于在高温条件下温 度不断循环，为碳原子的扩散提供能量，导致碳的 400 40 0.7 0.9 1.1 脱溶及碳化物的形成，这也是材料强度降低，发生 Mechanical strain amplitude/ 软化的原因.图7(a)(d)、(b)(e)和(c)(f)是相同 因8不同应变幅试样碳化物数量和平均直径 温度、时间条件下有无应变的区别，可以明显看 Fig.8 Number and average diameter of carbides in samples with 出，相同温度、时间条件下，应变明显增加组织的 different strain amplitudes 粗化和长大，体现在碳化物数量和碳化物尺寸都 2.4显微硬度 增加明显 图9给出了试样等温疲劳试验后的显微硬度， 对三种应变幅试样各选取15张15000倍扫描 有应变幅的试样疲劳后显微硬度远低于无应变幅此氧化是高温疲劳破坏的一大主要因素. 2.3    显微组织 采用扫描电镜观察等温疲劳前后试样的微观 组织，图 6 可以看出等温疲劳前的回火组织主要 是马氏体和回火析出的碳化物以及淬火过程中未 溶的碳化物，等温疲劳实验中在 600 ℃ 高温和应 变的循环下，组织有一定的长大和粗化，包括马氏 体板条的粗化和碳化物的长大. 在长时间高温下， 还会发生部分回复现象，马氏体板条的特征会消 失，图 6（a）中为试样淬回火组织，在经过疲劳试验 后组织碳化物数量明显增加，如图 6（b）所示. (a) (b) 5 μm 5 μm 图 6    疲劳前后组织. （a）淬回火试样；（b）Δεm/2=0.7% Fig.6    Microstructure before and after isothermal fatigue: (a) specimen after quenching and tempering; (b) Δεm/2 = 0.7% 为了更清晰地对比分析出应变对疲劳试样微 观组织的影响，进行一组 600 ℃ 下无应变幅的试 验，三组试验时间分别对应 0.7%、0.9% 和 1.1% 应 变幅试样的试验时间，可以看出在高温下保温时 间越长，试样回复程度越明显，图 7（c）还保留一些 马氏体板条特征，图 7（b）到图 7（a）马氏体板条特 征逐渐消失，碳化物数量越来越多，尤其是细小弥 散的碳化物越来越多，这是由于在高温条件下温 度不断循环，为碳原子的扩散提供能量，导致碳的 脱溶及碳化物的形成，这也是材料强度降低，发生 软化的原因. 图 7（a）（d）、（b）（e）和（c）（f）是相同 温度、时间条件下有无应变的区别，可以明显看 出，相同温度、时间条件下，应变明显增加组织的 粗化和长大，体现在碳化物数量和碳化物尺寸都 增加明显. 对三种应变幅试样各选取 15 张 15000 倍扫描 组织图采用 image-pro 软件辅助计算碳化物平均尺 寸和数量，统计结果如图 8 所示. 应变幅越大，碳 化物数量越多，碳化物平均直径越小. 1.1% 应变 幅试样循环周次短，但视场中出现的碳化物数量 最多，碳化物平均直径最小，较 0.7% 应变幅试样 数量多 36.3%，平均直径小 8.5%，可以得知应变对 碳化物析出的作用更大. 应变大的试样碳化物较 为细小，因为碳化物的粗化还与循环周次有关， 0.7% 应变幅试样循环周次多，不仅有原本组织中 碳化物的粗化，还有回复过程中析出碳化物的粗 化，因此视场中大尺寸碳化物更多一些，碳化物平 均直径也更大. 2000 100 90 80 70 60 50 40 1600 76.12 72.47 69.65 1227 1497 Average diameter of carbide/nm Number of carbide 1673 1200 800 400 Number of carbide Average diameter of carbide/nm Mechanical strain amplitude/% 0.7 0.9 1.1 图 8    不同应变幅试样碳化物数量和平均直径 Fig.8     Number  and  average  diameter  of  carbides  in  samples  with different strain amplitudes 2.4    显微硬度 图 9 给出了试样等温疲劳试验后的显微硬度， 有应变幅的试样疲劳后显微硬度远低于无应变幅 (a) (b) (c) 250 μm 250 μm 250 μm A 图 5    试样表面氧化. （a）∆εm/2=0.7%；（b）∆εm/2=0.9%；（c）∆εm/2=1.1% Fig.5    Oxidation of the specimen surface: (a) ∆εm/2=0.7%; (b) ∆εm/2= 0.9%; (c) ∆εm/2=1.1% (a) (b) 1 μm (c) 1 μm (d) 1 μm (e) 1 μm (f) 1 μm 1 μm 图 7    不同应变幅和对应无应变幅疲劳组织. （a）Δεm/2=0(18.6 h)； （b） Δεm/2=0(13.1 h)；（c）Δεm/2=0(11.4 h)；（d）Δεm/2=0.7%(18.6 h)；（e）Δεm/ 2=0.9%(13.1 h)；（f）Δεm/2=1.1%(11.4 h) Fig.7     Isothermal  fatigue  microstructure  with  and  without  strain amplitude: (a) Δεm/2=0(18.6 h); (b) Δεm/2=0(13.1 h); (c)Δεm/2=0(11.4 h); (d) Δεm/2=0.7%(18.6 h); (e) Δεm/2=0.9%(13.1 h); (f) Δεm/2=1.1%(11.4 h) · 660 · 工程科学学报，第 43 卷，第 5 期