表现出来的材料断裂强度和疲劳裂纹扩展速率

按照ASTM-E399-78金属材料平面应变断裂韧性试验方法，对两种钢淬火后不同温度回火状态分别测定断裂韧性K_IC和裂纹扩展速率da/dN。采用50mm×100mm×380mm三点弯曲试样，由于s/w=3，数据处理采用文献[2]推荐的表达式：

da/dN数据用经典的Paris公式：da/dN=C（ΔK）ⁿ进行处理。疲劳试验在PW3-10型高频疲劳试验机上进行，加载制度为P_max/P_min=8000kgf/2000kgf，试验频率约10000r/min。裂纹监测用30倍工具显微镜。

图4 20CrMnSiMoVA钢淬火后不同温度回火的K_IC及da/dN值

K_IC及da/dN的试验结果如图4和图5所示。表2所示为C、n值。明显可见，两种钢材的K_IC、da/dN随回火温度变化与基本力学性能的变化规律是吻合的。20CrMnSiMoVA钢200℃回火，K_IC最高，相应的da/dN也最低（图4）。20SiMn2MoVA钢200℃回火，K_IC虽不及600℃回火的高，但却比其他温度回火的性能要好；而且它的da/dN值，仍然以200℃回火最佳（图5和表2）。两种钢的K_IC和da/dN也都在400～500℃回火时最差。

图5 20SiMn2MoVA钢淬火后不同温度回火的K_IC及da/dN值

对断裂韧性试样进行扫描电子断口分析，得出在不同温度下回火的断口微观特征。图6为试验钢种不同温度回火的系列断口照片，视域范围为疲劳与瞬时断裂交界区。20CrMnSiMoVA和20SiMn2MoVA钢在200℃回火时，断口形貌最为理想，此时瞬断区主要以韧窝为主，并且在疲劳裂纹尖端存在着一个不窄的微坑带（图6a）。微坑带在某种意义上反映了裂纹尖端区域加载时的塑性变形程度^[3]，它与材料K_IC值有着密切关系，K_IC高时，往往是塑性失稳，对应的微坑带尺寸宽；K_IC低时，微坑带变窄以至消失，表现为准解理和晶间断裂的脆性失稳。20CrMnSiMoVA与20SiMn2MoVA两种钢在200℃回火下的微坑带最宽（图6a），在400～500℃回火几乎不存在微坑带（图6b），这与它们的K_IC变化是一致的。微观断口的另一特点是，20CrMnSiMoVA与20SiMn2MoVA钢在400～600℃回火，出现二次裂纹的脆性特征。说明它们在中、高温回火时，裂纹尖端的塑性变形很小，极易造成晶面分离而形成微裂纹，所以其K_IC值低。断口形貌特征列于表3。各种微观组织特征与回火温度及宏观性能变化都是相对应的。(www.xing528.com)

表2 试验钢种da/dN=C（ΔK）n的C、n值

图6 20CrMnSiMoVA钢淬火后不同温度回火的扫描电镜断口形貌

图6 20CrMnSiMoVA钢淬火后不同温度回火的扫描电镜断口形貌（续）

表3 试验钢种不同温度回火的断口形貌特征