朱振强等：应变幅对H13热作模具钢等温疲劳行为的影响 659· (a) 1000 (b) 1000 800 800 600 400 0.8 0.60.8 -1.0 4-0.2 02 60.81.0 2200 Mechanical strain/% Mechanical strain/% 600 600 -800 -800 -1000 -1000 (c) 1000 800 6-0.4-0.2 0.20 81.01.2 Mechanical strain/ -800 -1000 图3应力-机械应变滞后回线.(a)△c.2=1.1%:(b)△cm/2-=0.9%:(c)△cm2=0.7% Fig.3 Stress-strain hysteresis loops:(a)Ac/2=1.1%;(b)Ac /2=0.9%;(c)Ac/2=0.7% (a) b (c) 下的时间，s:ao.m是氧化常数(aom=4.4×10-8ms1P), 循环应变增强氧化作用，Reger的研究四表明在小 于15min的时间内抛物线方程就开始不适用了， 说明在很早的阶段就大大增强了氧化动力学，最 终氧化物剥落导致的这种行为，长时暴露发生的 氧化剥落现象致使测得的数据比预计的数据小. 本试验中试样在200倍超景深镜头下的表面 形貌如图5所示，图5(a)中可以看到氧化层覆盖 在基体材料上，而氧化层有脆性易破碎，图5(b) 中A点可以看到氧化层部分翘起，在应变和热循 环的作用下氧化层会逐渐剥落.这与长时暴露氧 I mm 化物剥落情况一致.图5(a),(b),(c)分别为 图4试样表面裂纹形貌.(a)△cm2=1.1%:(b)△Ea/2=0.9%:(c)△cm/ 0.7%、0.9%和1.1%应变幅试样的表面氧化情况， 2=0.7% 应变越小，暴露在高温下时间越长，氧化层覆盖情 Fig.4 Crack morphology of the specimen surface:(a)Ac/2=1.1% (b)△cm/2=0.9%;(c)△cm2=0.7% 况越严重，即氧化与高温时间为正相关关系 氧化剥落会导致表面不平整，容易产生应力 力越大 集中，在拉压应力作用下产生新的裂纹，新的裂纹 试验在非真空环境下进行，高温条件下疲劳 会加快应力的释放，促进裂纹扩展]裂缝中还存 过程中氧化情况不容忽视.在无应力条件，简单合 在氧化物，因为氧化产生的氧化物会侵入到裂缝 金及金属试样在高温非真空环境下试样表面氧化 中，在疲劳过程中因为两者膨胀系数和弹性模量 层厚度遵循抛物线方程： 的差异产生热失配应力，在热失配应力下氧化物 Im=do.mt1/2 (1) 更容易破裂，这种氧化辅助增长导致微裂纹的产 其中，Im是平均氧化层厚度，m:1是暴露在非真空 生和增加24-2，微裂纹会作为裂纹源进行扩展，因力越大. 试验在非真空环境下进行，高温条件下疲劳 过程中氧化情况不容忽视. 在无应力条件，简单合 金及金属试样在高温非真空环境下试样表面氧化 层厚度遵循抛物线方程： lm=αo,mt 1/2 （1） 其中，lm 是平均氧化层厚度，m；t 是暴露在非真空 下的时间，s；αo,m 是氧化常数（αo,m=4.4×10−8 m·s−1/2）， 循环应变增强氧化作用，Reger 的研究[22] 表明在小 于 15 min 的时间内抛物线方程就开始不适用了， 说明在很早的阶段就大大增强了氧化动力学，最 终氧化物剥落导致的这种行为，长时暴露发生的 氧化剥落现象致使测得的数据比预计的数据小. 本试验中试样在 200 倍超景深镜头下的表面 形貌如图 5 所示，图 5（a）中可以看到氧化层覆盖 在基体材料上，而氧化层有脆性易破碎，图 5（b） 中 A 点可以看到氧化层部分翘起，在应变和热循 环的作用下氧化层会逐渐剥落. 这与长时暴露氧 化物剥落情况一致 . 图 5（ a） ， （ b） ， （ c） 分 别 为 0.7%、0.9% 和 1.1% 应变幅试样的表面氧化情况， 应变越小，暴露在高温下时间越长，氧化层覆盖情 况越严重，即氧化与高温时间为正相关关系. 氧化剥落会导致表面不平整，容易产生应力 集中，在拉压应力作用下产生新的裂纹，新的裂纹 会加快应力的释放，促进裂纹扩展[23] . 裂缝中还存 在氧化物，因为氧化产生的氧化物会侵入到裂缝 中，在疲劳过程中因为两者膨胀系数和弹性模量 的差异产生热失配应力，在热失配应力下氧化物 更容易破裂，这种氧化辅助增长导致微裂纹的产 生和增加[24−25] ，微裂纹会作为裂纹源进行扩展，因 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 −1000 −800 −600 −400 −200 0 200 400 600 800 1000 Stress/MPa Mechanical strain/% −1.0 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 −1000 −800 −600 −400 −200 0 200 400 600 800 1000 Stress/MPa Mechanical strain/% −1.2−1.0−0.8−0.6−0.4−0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 −1000 −800 −600 −400 −200 0 200 400 600 800 1000 Stress/MPa Mechanical strain/% (a) (b) (c) 图 3    应力–机械应变滞后回线. （a）Δεm/2=1.1%；（b）Δεm/2=0.9%；（c）Δεm/2=0.7% Fig.3    Stress–strain hysteresis loops: (a) Δεm/2=1.1%; (b) Δεm/2=0.9%; (c) Δεm/2=0.7% (a) 1 mm 1 mm 1 mm (b) (c) 图 4    试样表面裂纹形貌. （a）∆εm/2=1.1%；（b）∆εm/2=0.9%；（c）∆εm/ 2=0.7%       Fig.4     Crack  morphology  of  the  specimen  surface:  (a)  ∆εm/2=1.1%; (b) ∆εm/2=0.9%; (c) ∆εm/2=0.7% 朱振强等： 应变幅对 H13 热作模具钢等温疲劳行为的影响 · 659 ·