超高強(qiáng)度AF1410鋼以高強(qiáng)度、高斷裂韌性以及優(yōu)良的焊接和切削、成型性能而倍受青睞。該鋼在屈服強(qiáng)度不小于1482MPa的條件下，斷裂韌度高達(dá)143MPa·m1/2，是一種廣泛用于航空航天工程動(dòng)載軸類件的超高強(qiáng)度鋼。多年來(lái)，人們對(duì)AF1410鋼的研究大都集中在其組織、性能等方面，而對(duì)于其疲勞性能涉及很少。為此，本工作著重研究AF1410鋼的高周疲勞旋轉(zhuǎn)彎曲特性和疲勞裂紋擴(kuò)展性能，通過(guò)斷口觀察及疲勞裂紋起裂特性分析探討疲勞斷裂原因，為該鋼動(dòng)載軸類件的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)所用AF1410鋼采用真空感應(yīng)熔煉＋真空自耗重熔的雙真空冶煉方法熔煉，并加入一定量的稀土元素La，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：C0.16，Cr1.91，Ni10.10，Mo1.04，Co14.06，La0.0032，S0.0009，P0.0021，O0.0005，N0.0005，其余為Fe。從化學(xué)成分可以看出，經(jīng)過(guò)雙真空熔煉后，試驗(yàn)鋼中的雜質(zhì)元素S、P、O、N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到了40×10-6，具有很高的純凈度。鑄錠改鍛后經(jīng)過(guò)900℃正火和680℃溫度高溫軟化退火后加工成力學(xué)性能和疲勞性能試樣毛坯。試樣經(jīng)860℃×1h油淬＋（-73℃×1h）深冷處理＋510℃×5h空冷的熱處理后，加工成旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞（以下簡(jiǎn)稱旋彎）試樣。試樣加工過(guò)程不允許產(chǎn)生明顯冷作硬化或過(guò)熱，加工后試樣表面不允許有任何劃痕、損傷或銹蝕。
室溫旋彎疲勞試驗(yàn)按照GB/T 4337-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗(yàn)在PQ1-6高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載波形為正弦波，試驗(yàn)頻率為5000r/min，應(yīng)力比R=-1。試驗(yàn)完成后，將疲勞斷口浸入丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，再用帶有EDAX附件的日立S-4300型場(chǎng)發(fā)射SEM進(jìn)行疲勞斷口形貌及夾雜物特性分析。
結(jié)果表明：AF1410鋼經(jīng)510℃回火5h后，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，其旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限強(qiáng)度達(dá)到826MPa；通過(guò)疲勞斷口的SEM觀察，試驗(yàn)用AF1410鋼的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞裂紋源均起裂于試樣表面的加工缺陷，如刀痕、細(xì)微缺口等，這些表面缺陷引起的應(yīng)力集中是導(dǎo)致其疲勞開(kāi)裂的主要原因；稀土元素La的加入使得高純AF1410鋼彎曲疲勞斷口中出現(xiàn)細(xì)小圓形的含La非金屬夾雜物，但該類稀土夾雜并未成為旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂的裂紋源。
