本文研究对象为由热等静压工艺制备而成,钴含量超过50wt%的钴基合金,其主要用于核电推力盘表面的耐磨层。由于其特殊的服役条件,其在使用过程中会频繁遭遇到循环载荷和热冲击的作用,从而致使硬质耐磨层表面产生热疲劳裂纹等损伤。考虑到推力盘实际服役水温环境在300℃,因此为了最大限度接近实用环境,本研究特意采用100℃沸水进行模拟热循环冲击试验,并设置了室温水(20℃)作为对照组,探究其失效过程及机理。此外鉴于目前高钴含量钴基合金疲劳研究相对较少,且其应用日渐增多,本文特意补充了该材料在室温条件下的三点弯曲疲劳行为研究。设置光滑和直缺口两种典型试样,进行室温条件下的三点弯曲测试以及三点弯曲疲劳S-N曲线的测定。通过扫描电子显微镜观察不同疲劳载荷下的试样的断口。重点比较静载与动载两种不同载荷特性下缺口对试样断裂行为的影响以及两种载荷特性下断裂行为的差异。研究结果表明:(1)无缺口光滑试样的疲劳敏感性为397,疲劳极限为545MPa,为原始折弯强度1552MPa的25.4%。直缺口试样的疲劳敏感性为31,疲劳极限约为100MPa,为其对应弯强度517.6MPa的19.1%。(2)对于直缺口试样来说疲劳裂纹除了萌生在试样近表层碳化物的聚集处外,缺口处尖端的表面缺陷也易引发疲劳裂纹的国家萌生。两种试样断口上裂纹的扩展路径多表现为碳化物的穿晶断裂以及钴基体和碳化物间的沿晶断裂,同时发现碳化物间的裂纹扩展较少。(3)对比折弯和疲劳断口可以发现两者有很大的相似性但也有显著的差异,钴基体在R=0.1的疲劳载荷作用下,会部分发生马氏体相变,导致材料的韧性有所降低,断口上虽表现出一定的韧性呈现出较多的撕裂脊等特征,但也表现出一定的脆性断裂模式,因此疲劳裂纹扩展模式应为真疲劳与静态疲劳的混合模式。同时不同于无缺口试样,直缺口试样的断口上可以发现明显的裂纹扩展区域,并且可在该区域观察到疲劳条纹。循环热冲击方面,本文选取了室温水(20℃)和沸水(100℃)两种温度的水进行热冲击试验,后通过折弯强度和定载疲劳寿命测定等手段衡量热冲击对材料性能的影响。同时通过扫描电镜、XRD等手段分析热冲击过程中对材料的损伤情况及组织变化。研究结果表明:(1)800℃,室温水和沸水热冲击均可抑制钴基体的马氏体相变,从而使更多的fcc-γ相得以保留。同时发现,与室温水不同,选用沸水热冲击时,由于蒸汽层的存在,可显著降低冷却速度,进而降低单次热冲击对材料的损伤,极大地抑制了热疲劳裂纹的萌生及扩展。因此,即使经历175次热冲击后,材料仍能保持极好的完整性。(2)随着沸水热冲击次数的增加,折弯强度整体呈现先逐渐增加后稳定在一个平台上的态势。材料折弯强度的提升是热冲击过程对马氏体相变抑制的结果,该过程可以明显提高粘结相中fcc-γ相的比例,其相对更多的滑移系意味着更高的强度,至于平台的出现则是由于该强化作用存在饱和度并且与冷却速度关系密切。(3)由于沸水热冲击对材料的强化作用,与折弯强度类似,材料疲劳性能也随着热冲击次数的增加而提高。但由于疲劳性能对热冲击损伤较为敏感,因此当试样近表层产生热疲劳裂纹后,试样疲劳性能便先于静态折弯强度表现出下降趋势。