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疲劳失效是工程构件的重要破损方式之一,材料的疲劳和与其有关的安全设计问题一直是学者们十分关心的题目。在实际应用中,金属材料经过107次循环而不破坏,即可认为其可承受无限次循环。因此,许多工业应用中,如发动机、铁路等,其材料和结构频繁承受高频、低震幅的负荷,能够达到高达千兆周次的反复循环。因此,疲劳寿命设计通常要达到108周次,甚至1010周次。本文对汽轮机转子用钢2Cr13钢进行了系统的常规疲劳试验研究。对材料进行了拉伸试验与金相实验以确定其力学性能与组织性能。采用旋转弯曲疲劳试验机(f=52.5Hz),分别在空气中、3.5%NaCl水溶液中进行了疲劳试验,获得两种环境下的S-N曲线。研究了材料的高周、超高周疲劳性能,对疲劳断口利用扫描电子显微镜观察并进行分析。对不同疲劳环境中超高周疲劳裂纹萌生、裂纹扩展、疲劳机理以及疲劳断口特征进行了分析。在空气和3.5%NaCl腐蚀环境下,马氏体不锈钢2Cr13实验获得的S-N曲线呈现阶梯状。空气中,2Crl3钢在106-108周次范围内存在疲劳极限530MPa,在大于108周次的直线段为超高周疲劳,在此阶段仍然会发生断裂。3.5%NaCl中,2Cr13钢在106-108周次范围内存在疲劳极限250MPa,是空气环境下的47%。空气环境下,材料为单裂纹起源,疲劳源在表面或亚表面的位置萌生,不存在从内部萌生的裂纹。但在所有试验中都未发现已报道的超高周疲劳断口上类似“鱼眼”形貌的疲劳源。在介质环境中,随着应力水平的提高,疲劳裂纹源个数增加,且疲劳裂纹扩展面随着载荷周次的减少而减小。当循环次数达到108周次时,疲劳裂纹扩展面约占50%以上,104周次时的比值仅为20%。在同等应力条件下,3.5%NaCl溶液中的疲劳寿命要小于空气中的疲劳寿命。3.5%NaCl腐蚀环境下疲劳裂纹从表面或表面夹杂处萌生。同时,疲劳裂纹扩展过程中,疲劳断口以沿晶断口形貌为主。疲劳源的数量与材料微观组织、电化学条件及应力水平有关,对于本试验的2Cr13钢,应力水平是主要因素。