不同条件下300M钢的疲劳裂纹扩展行为

300M钢是20世纪60年代由美国研发的一种低合金超高强度钢，因具有良好的强度、塑性和抗疲劳性能而成为当今飞机起落架的首选材料。300M钢的疲劳裂纹扩展速率反映了该钢在标准条件下的抗疲劳裂纹扩展能力，是确定零件服役寿命的重要指标。因此，科研人员在不同条件下对300M钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验，分析了应力比、试验环境、频率等因素对中速（裂纹扩展速率在10-5～10-3mm周次-1）扩展区疲劳裂纹扩展速率的影响，并用Paris方程和Walker方程对中速扩展区曲线进行了拟合，为该钢的应用与评价提供数据参考。

试验用材料为300M钢棒，由某特钢生产，规格为Φ400mm，退火态。从300M钢棒上切取材料，制成拉伸试样、断裂韧度试样以及紧凑拉伸疲劳裂纹扩展试样。对试样进行870℃1h淬火+300℃×2h两次回火热处理后，按GB/T228.1-2010和GB/T4161-2007分别进行拉伸和断裂韧度性能测试。根据GB/T6398-2000进行疲劳裂纹扩展速率试验，最大载荷16kN，加载波形为正弦波，试验环境为空气环境和质量分数为3.5%NaCl水溶液。利用扫描电镜观察断口形貌。试验结果表明：

（1）300M钢的疲劳裂纹扩展速率随应力强度因子范围的增加而单调递增；在相同应力强度因子范围下，应力比为0.3下试样的疲劳裂纹扩展速率高于应力比为0.1下的；在NaCl水溶液中300M钢的裂纹扩展速率在裂纹扩展前期比在空气环境中的快，在扩展后期则趋于一致；较低试验频率下300M钢在裂纹扩展前期的裂纹扩展速率比较高频率下的快。

（2）分别用Paris方程和Walker方程对疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子范围关系曲线进行了线性拟合，拟合相关系数均在0.95以上。

（3）300M钢的疲劳断口由具有疲劳条带的扩展区和以韧窝为主的瞬断区组成。