新型超高强度钢应力腐蚀断裂行为研究

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaJune252011VoI．32No．61164．1170ISSN1000—6893CN11-1929／VhttD：∥hkxb．buaa．ec-J．cnhkxb《园buaa．ec-J．cn文章编号：1000一6893(2011)06—1164一07新型超高强度钢应力腐蚀断裂行为研究刘建华*，田帅，李松梅，于美北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191摘要：采用恒载荷拉伸应力腐蚀实验研究了23C014Nil2Cr3及40CrNi2Si2MoVA两种超高强度钢在质量分数为3．5％

2、的NaCl溶液中的应力腐蚀开裂行为，为两种超高强度钢在结构件中的安全使用提供数据依据。通过金相显微镜和扫描电镜(SEM)对两种超高强度钢的显微组织以及断口形貌进行了分析。恒载荷拉伸应力腐蚀实验结果表明，23C014Nil2Cr3钢在相同应力水平下的断裂时间比40CrNi2Si2MoVA钢的断裂时间长，这说明23C014Nil2Cr3钢的抗应力腐蚀性能优于40CrNi2Si2MoVA钢。断口的形貌分析表明两种超高强度钢在应力和腐蚀介质的共同作用下发生断裂，断口显现出为沿晶断裂和韧窝断裂的形貌。关键词：超高强度钢；拉伸应力腐蚀；断裂行为；NaCl溶液；断裂形貌中图分

3、类号：V250．3，TGl74文献标识码：A超高强度钢在航空、航天、船舶等领域具有广阔的应用前景。目前，一般将最低屈服强度超过1380MPa的结构钢称为超高强度钢[1]。超高强度钢除要求高强度外，还要有良好的塑性和韧性、尽可能小的缺口敏感性、高的疲劳强度、良好的抗腐蚀性等。经过半个多世纪的研究发展，超高强度钢已从初期的低合金超高强度钢逐步发展到目前的高合金二次硬化型超高强度钢。其抗拉强度和断裂韧性已分别达1800～2100MPa、63～154Ⅷa·m1门，并已广泛应用于飞机着陆部件、火箭发动机外壳等航空、航天及其他高科技领域[2]。低合金超高强度钢是在调质结构钢

4、的基础上发展起来的，在钢中加入少量的多种合金元素，使钢固溶强化并提高钢的淬透性与回火马氏体稳定性。40CrNi2Si2MoVA钢是典型的低合金超高强度钢，具有良好的综合性能，到目前为止仍在世界范围内被广泛使用【3]。23C014Nil2Cr3钢是一种新型高Co—Ni二次硬化超高强度钢，以C、Cr和Mo作为强化元素，具有高的断裂韧性(K配≥120MPa·ml／2)和高的拉伸强度(1931～2069MPa)，在抗拉强度为1930MPa或强度更高的钢中，23C014Nil2Cr3钢具有最高的断裂韧度，显示出优异的强度和韧度匹配[4]，主要用来代替40CrNi2Si2M

5、oVA低合金高强度钢用于飞机起落架等重要结构件用材[5]。虽然中国目前在超高强度钢的研究中取得了很大突破，但关于23Col4Nil2Cr3钢的研究主要集中在微观组织、二次硬化以及热处理机制对23C014Nil2Cr3钢性能的影响等方面限12]，超高强度钢的应用及性能研究还相对滞后。刘建华等n3]研究了AFl410钢的中性盐雾腐蚀行为，同时郝雪龙等[14]研究了中性盐雾预腐蚀对AFl410钢疲劳寿命的影响规律。而对于23C014Nil2Cr3超高强度钢在恒应力和环境协同作用下应力腐蚀性能的收稿日期：2010．09-07；退修日期：2010-12．01；录用日期：2

6、010—12—16；网络出版时间：2011—01．0712：06：03网络出版地址：www．a诹i．舱t／kcms／deta¨／11．1929．V20110107．1206．002．htmI∞I：CNKI：11-1929／V．2们1们07．1206．002*通讯作者．Tel．：010-82317103E·ma

7、I：Iiujh@b惦a．e山．∞覃l焉格武

8、朝建华．田摊。李橙梅．等?新型趣高强痍钢应力腐蚀断裂行为研宪CJ]．航空学摄．2011，32(6)i”64-1170，L{“Jlanhua，Tianshu8{．Lls∞鲫e

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13、ni·ca。20¨．32(6)；{164-1170，研究未见报道，这成为目前亟待解决的重要问题。表2两种超高强度钢的力学性能本文通过对23C014Nil2C鹄钢及40CrNi2si2MoVA呦k2M￡m咖咖pn叶盯脑0ft啪mtrah睁s唧hs鼬钢的恒载荷拉伸应力腐蚀行为进行系统研究，得到M。t。ri。l咖．：／MP。n／MP。以／％∥％K“，．其应力腐蚀作用机理及规律，为两种超高强度钢在‘MP8。““2’结构件中的安全使用提供数据依据。40CrNi2S

14、iZMoVA164019