随着现代科技水平的不断提高,人类的能源动力所需向现代工业提出了新的考验,生产规模的大型化、复杂化,设备的高效率无不加速了高性能钢的广泛应用。然而在高强度工作条件下,尤其是共振、调峰运行和机组的启停阶段,许多高性能钢同样面临着疲劳失效的危险。FV520B不锈钢因具有高强度、良好的冲击韧性,耐蚀性和焊接性能,被广泛应用于齿轮、轴、轮盘、叶片、转子、泵件等场合。本文采用试验和ANSYS有限元模拟相结合的方法针对FV520B不锈钢的低周疲劳循环性能进行了研究,并应用激光冲击强化技术对材料进行强化处理。主要内容如下:首先,对FV520B不锈钢进行了多个应变幅值下的单轴低周疲劳试验,从峰值应力-循环周次、滞回曲线两方面比较了材料循环特性的应变幅值相关性,并从微观上对材料的循环特性进行了理论分析。结果显示:该材料在小应变幅值下,仅在循环初期表现出轻微的循环硬化,随即达到稳定状态,各应变幅值下失效前的循环软化现象并不明显。塑性变形随总应变幅的增加而增加。其次,依据疲劳试验数据,拟合描绘出材料循环的应力-应变曲线关系,采用多线性随动硬化模型、Von Mises屈服准则和单轴循环应力应变曲线方程描述材料特性应用到ANSYS软件中对半寿命的应力-应变历史变化曲线进行模拟计算。结果表明,模拟结果和实验结果吻合较好,各应变幅值下平均应力误差为2%。随后,根据拟合参数应用Masson-Coffin方程、能量法、SWT法三种疲劳寿命预测方法对材料进行寿命预测,采用几种统计参量对寿命预测结果进行定量评价。结果显示,SWT法对寿命预测效果最好,其次是Manson-Coffin方程,最差的预测结果方法为能量法。最后,采用激光冲击强化技术对FV520B不锈钢进行强化处理,用同样的疲劳试验方法研究了激光处理后材料的循环变形规律。比较了强化前后材料疲劳断口的SEM结果,并对激光冲击强化机理进行了对比分析。结果表明,强化后材料疲劳抗力增大,位错密度增加使小应变幅下材料循环初期的硬化率大于光滑件,循环变形过程中发生的应力松弛使大应变幅下材料的循环软化率要高于光滑件。循环过程中的塑性变形降低,材料的疲劳寿命得到显著提高。SEM结果可知,强化后试样小应变幅下裂纹萌生从试样表面转移到试样内部,大应变幅下的裂纹萌生变的细小。总之,材料疲劳性能的改善归因于强化后材料表层的组织细化和残余压应力的生成。