几种国产合金结构钢的断裂韧性

本文选用40CrNiMoA钢以及新型高强度低碳马氏体类钢20SiMn 2 MoVA、22CrMnSiMoVA、25 SiMn 2 MoVA等材料,在不同的热处理(回火)状态下,进行了三点弯曲断裂韧性K_(IC)的测定,对40 CrNiMoA钢还进行了V形缺口夏比冲击试验(CVN)以及预制疲劳裂纹的CVN试样的冲击试验(W/A)。试验表明,对于中碳合金结构钢,在不同热处理状态下,K_(IC)值随强度指标σ_s、σ_b的增加而降低,但K_(IC)与σ_s、σ_b并不成反比关系;对于低碳合金结构钢,在低中温回火范围内,K_(IC)值随强度的增加而增加,因此,不能认为“材料强度的提高必然会导致断裂韧性的降低”是一个普遍规律,至少,它不适用于Si—Mn系列低碳马氏体类钢。40 CrNiMoA钢的尺寸因子(K_(IC)与δ、ψ的关系曲线上出现的转折说明,过高的δ、ψ对(K_(IC)/σ_s)~2作用不大,在选择材料和制定工艺时,对δ、ψ要合理要求,以利材料强度潜力的发挥。三种新型高强度低碳马氏体类钢的试验结果指出,在淬火低温回火即保持低碳马氏体组织状态时,这类钢具有较高的强度和较高的断裂韧性,与等强度的中碳合金结构钢相比,其断裂韧性值要高得多。这类钢的推广使用将在减轻产品重量,防止脆性断裂方面发挥积极作用。试验还表明,α_k、CVN值与K_(IC)随回火温度的变化有相同的走向,W/A值与K_(IC)有较密切的关系。     

中、低碳合金结构钢的断裂韧性与电子断口特征的关系

我们对40CrNiMo、20SiMn2MoV等几种中、低碳合金结构钢的不同热处理状态的断裂韧性K_(IC)及其与其它基本机械性能的关系进行了研究,得出:对于中碳合金结构钢40CrNiMo,随着强度的提高, 断裂韧性是降低的,符合一般的认为断裂韧性与强度是相互矛盾的看法;但对低碳合金结构钢20SiMn2MoV等,在低、中温回火范围内,K_(IC)值却是随强度的增加而增加,这类钢既具有较高的强度又具有较高的断裂韧性。我们对上述几种钢的断裂韧性试样断口进行了电子显微镜观察,研究了断裂韧性与电子断口特征的关系,对低碳合金结构钢具有高断裂韧性的原因,从电子断口特征方面进行了初步的分析与解释。研究表明:断裂韧性试样预制疲劳裂纹带之后有一个较平坦的延伸带,延伸带后紧接着是有一定宽度的韧窝带。它们的出现与否及宽窄,与材料的K_(IC)值有密切关系。延伸带W_s愈宽,材料K_(IC)值愈高。W_s与表明材料微区塑性的裂纹尖端曲率半径ρ或裂纹尖端张开量2V_c成正比,而K_(IC)~2≈4Eσ_s∈Eρ(=4Eσ_sV_C)。高强度低碳马氏体合金结构钢既具有高的σ_S,又有宽的延伸带W_s(即大的ρ和V_c),因而这种材料在具有高强度的同时,又具有高的断裂韧性。韧窝带W_D的宽度与计算的塑性区尺寸Y_P有相同的数量级,可以从W_D的大小来比较K_(IC)的高低。文中还描述了塑性稳定扩展和脆性失稳扩展的断口特征,并做了一些解释和说明。     

几种结构钢经不同热处理后的低温断裂韧性

本文研究了机械工程常用的几种结构钢经不同热处理后在常温和低温下的断裂韧性K_(IC)或K_(IR),以及这些材料在不同温度下的断裂机制。结果表明,45Cr钢淬火550℃回火后,常温和低温K_(IC)值较20Cr钢淬火200℃回火的高,但45Cr钢淬火390℃回火后的断裂韧性不如20Cr钢淬火200℃回火的。20Cr钢经临界区处理后,低温断裂韧性优于普通淬火的。42CrMo钢从过热温度淬火后,断裂韧性差。断裂机制和K_(IC)值都随试验温度而变化。奥氏体晶粒大小和马氏体板条束尺寸显著影响低温断裂韧性,临界区淬火后马氏体板条束尺寸较小,因而低温断裂韧性高。     

高强度钢水介质应力腐蚀研究

本文对应力腐蚀试验的WoL型恒位移试样作了评述。并用它测最了四种高强度钢(30CrMnSiNi_2 A、30CrMnSiA、40CrNiMo、ZG-18铸钢)在水介质中的止裂K_(ISCC)以及da/dt。对其中的30CrMnSiNi_2A钢研究了热处理工艺对K_(ISCC)、da/dt的影响,同时探讨了强度和组织的作用。结果表明,对同一类处理,随强度下降K_(ISCC)提高。在相同强度时,等温后回火组织的K_(ISCC)明显比马氏体组织和不回火贝氏体组织高得多。当强度σ_b≤130～140公斤/毫米~2时,裂纹扩展特征发生了变化,da/dt也大幅度下降。当σ_b<110公斤毫米~2时在水介质中不再产生应力腐蚀裂纹。 我们用不同曲率(ρ)的恒位移缺口试样(B=20mm)测量了缺口形成应力腐蚀裂纹的界限应力强度因子K_(ISCC)(ρ),结果表明A是材料常数。对σ_b=160公斤/毫米~2的30CrMnSiNi_2A钢,A=426公斤/毫米、σ_b=140公斤/毫米~2的30CrMnSiA以及40CrNiMo钢的A值更高。 根据实验数据,运用线弹性断裂力学对30CrMnSiNi_2A钢(σ_b=160公斤/毫米~2)螺桩的应力腐蚀断裂进行了定量分析,并提出了提高螺桩安全性的具体办法。     

拟因子设计法在断裂韧性研究中的应用

ZG-18铸钢是一种不含镍的铸造结构钢,用代替飞机上的某些受力模锻件。虽然在同强度条件下铸钢的塑性、冲击韧性及疲劳强度比锻钢差,但其K_(IC)和(da/dN)却优于锻钢,所以从破损安全设计观点来考虑,用ZG-18铸钢代替锻钢作受力件是可行的。为了找到具有最佳断裂韧性的工艺条件,我们运用拟因子设计法研究了试验温度,热处理工艺以及硫含量等因素对K_(IC)的影响。结果表明: (1)ZG-18铸钢回火马氏体组织的K_(IC)平均值是356kg·mm~(-3/2),而上贝氏体组织的K_(IC)平均值是247kg·mm~(-3/2),相差将近45％。 (2)ZG-18铸钢最佳热处理工艺是低于250℃等温处理或油淬后低温(<300℃)回火,这样可获得马氏体组织,其断裂韧性最高,强度也较高,其它性能也不差。 (3)无论是等温回火还是油淬回火,降低硫含量将使K_(IC)提高,故应尽量降低材料的硫含量。     

关于35CrNi3MoV钢马氏体一贝氏体复合组织与机械性能之间关系的研究

本文研究了高温和低温回火状态下35CrNi 3MoV钢马氏体一贝氏体复合组织中贝氏体类型(包括下贝、上贝和粒贝)及贝氏体体积分数与其拉伸、系列冲击,室温与低温断裂韧性之间的关系。结果表明:高温回火状态下马氏体一贝氏体复合组织强度高于混合定则;高温回火状态下马氏体一贝氏体复合组织中上、下贝氏体体积分数达约50%,-196～25℃的CVN和-75～15℃的k_(IC)都与马氏体接近,但全上,下贝氏体韧脆转折温度大为升高。通过光学全相透射和扫描电镜分析,探讨了显微组织与性能间的关系。     

GCr15钢压铸件的组织与性能

对在3Cr2W8V合金钢模中压铸的GCr15钢压铸件的组织与性能进行了初步分析,并与同成分的锻件和砂铸件进行了对比。显微分析表明,压铸试样的组织由于模具结构的影响使试样各部的冷却速度不同而导致组织上的不均匀。经正火后,试样各部分的组织即趋于均匀,但碳化物网不能完全消除,而压铸轴承套圈的组织相对而言却比较均匀。机械性能试验结果表明,退火态压铸试样的强度(σ_b,σ_s)与砂铸的相近而稍高于锻造的,但其塑性(δ.Ψ)和冲击韧性(α_κ)均低于砂铸和锻造的。经淬火和回火之后,压铸试样的性能(σ_(bb),f,α_κ,和磨损量)均接近于锻造的。然而,对压铸的轴承套圈进行的径向压碎试验表明,不论是退火态还是淬、回火态其性能均接近于锻造的。     

37CrNi3A钢调质组织与断裂韧性之间的关系

本文研究了回火马氏体组织和回火贝氏体 回火马氏体复合组织对37CrNi3A钢断裂韧性,冲击韧性和强度的影响。结果表明,回火粒状贝氏体(或回火下贝氏体) 回火马氏体复合组织的强度和韧性的配合优于回火马氏体组织,而回火马氏体组织的强度和韧性的配合优于回火上贝氏体 回火马氏体复合组织、对显微组织,断口形貌与韧性之间的关系进行了探讨。     

高韧性低碳马氏体型超高强度钢的设计及典型钢种的组织结构与性能

本文从强韧化低碳马氏体和控制马氏体形态和亚结构出发,研究了以Fe-Si-Mn-Mo-V为基,适当添加Cr和Ni的低碳马氏体型超高强度钢的组织与性能.分析了新钢种在透射电镜下的组织结构特征,对马氏体、板条相界残余奥氏体和碳化物的衍射斑点,进行了标定.研究表明:淬火态下,新钢种的显微组织由四种相(位错马氏体、板条相界残余奥氏体薄膜、ε-碳化物和未溶碳化物)所组成.文中讨论了各组成相对强度和韧性的影响.当950℃淬火300-350℃回火时,新钢种获得了最佳的强韧配合,其抗拉强度大于等于1765.2Mpa(180kg/mm~2),屈服强度大于等于1422Mpa(145ka/mm~2)和断裂韧性(K_1C)值大于等于127.7MN/m~(3/2)(410kg/mm~(3/2)).这表明通过强化韧性较高的低碳马氏体代替韧化中碳马氏体来发展超高强度钢,具有很大的优越性.     

形变诱发马氏体时效不锈钢的研制及其强化机制的研究

本文利用形变诱发马氏体相变和时效强化手段研制出一种形变诱发马氏体时效不锈钢00Cr12Ni5Mn8Cu2TiRE钢,经1050℃、0.5h固溶处理+80%冷变形+410℃、2.5h时效处理后,其σ_b≥2100MPa,ψ≥35%,δ≥4%;其耐腐蚀性能良好。该钢具有ε和α′二种诱发马氏体,当变形量达75%以上时基体主要为α′马氏体组织。文中分析了该类钢中强度指标与形变量(ε)、主要合金元素含量和α′马氏体体积分数(V_α′)之间的关系,并给出了相应的关系式。     

钢的疲劳裂纹萌生与扩展的电子显微断口分析

本文采用电子显微断口分析方法,对20SiMn2MoV低碳马氏体钢,45Cr和T12钢淬火不同回火态和34CrNi3Mo电站大锻件用铜的疲劳裂纹萌生与扩展机制进行了研究.并着重在材料的不同强塑配合引起断裂机制变化的关系中做了探讨;总结了三个区之间机制转变的条件;给出了较初步的疲劳断裂机制图;从材料强度方面提出了各阶段的主要控制因素,从而为改善材料疲劳抗力提供了一些依据.     

双相钢的强度与二相显微组织的关系——-双相钢强度表达式的推导

本文研究了低碳低合金双相铜中马氏体相和铁素体相在轴向拉伸过程中的应力-应变行为,考虑到相变过程中马氏体的相软化现象、铁素体的相硬化现象以及马氏体含碳量对强度的影响,推导了双相钢淬火态的强度表达式:1. 当∈(ii)>n_F 时,(?)2. 当∈(ii)n_F时,(?)2. 当∈(ii)相似文献   

40SiMnCrNiMoV钢的断裂韧性的测定及热处理的影响

本工作是采用三点弯曲试验方法测定超高强钢40SiMnCrNiMov的平面应变断裂韧性K_(1c),按照ASTME399—72规范进行。 实验研究了若干热处理工艺对40钢断裂韧性的影响,包括断裂韧性和回火温度的关系;220℃到330℃之间等温转变对K_(1c)的影响以及不同淬火温度、回火对断裂韧性的影响。配合金相和电镜的观察对试验结果进行初步分析。提高淬火温度,保持低温回火可以增加K_(1c)值,稍高于Ms点的等温转变对断裂韧性的影响,值得进一步研究。     

硅锰3型结构钢及其微量复合金化的研究

对SiMn3型结构钢及以其为基础再添加微量钒、钛、钼、硼、稀土等元素复合金化后的力学性能进行了试验,并用САДИКОВ热磁仪测定了它们的过冷奥氏体等温转变曲线。研究结果表明了碳含量对SiMn3型钢韧性所起的重要作用,指出了低碳的SiMn3TiB钢在低温回火状态下具有较调质状态优越的综合机械性能。     

钢中钛含量对钢材性能影响的研究

为充分利用我国丰富的钛资源,探讨在钢中加徵量钛的积极作用,从而可用徵量钛代替部分贵重合金在钢中的含量,这对我国钢铁生产的发展有着重要的意义。为此研究钢中加入不同的徵量钛并参照现场轧制条件测定其机械性能。经过炼制32炉钢,大量数据得出:随钛量增加,σ_s、σ_b增加,δ_s下降,并提出钛含量的最佳范围。本文用实验数据充分说明Ti对钢强化的机理。     

低合金结构钢疲劳断裂机制图的研讨

本文在中低碳合金结构钢,室温大气条件下取得的疲劳裂纹扩展宏观特性和微观断裂机制观测的有限数据基础上,对疲劳断裂机制图的制作和意义作了初步的探讨。机制图I以σ_s/K_(IC)和K_(max),机制图Ⅱ以K_(max)/K_(IC)和γ_B~C/d(即ΔK~2/12πσ_8~2d)分别为双对数直角座标轴。在这两种平面空间里,通过对实验数据的归纳,绘出了若干个不同断裂机制的区域及da/dN的数值范围。对应于一种材料状态,疲劳裂纹扩展过程在机制图中表现为穿过特定若干区域的一直线。疲劳断裂机制图对抗疲劳材料的选择、研制和改善及失效分析,将有一定的指导意义。     

用园环裂纹拉伸试样测定钢在低温下的断裂韧性

为了用线弹性断裂力学观点研究钢的低温断裂行为,我们探索了用园环裂纹拉伸试样测断裂韧性K_(1c)的较为简便的试验方法.本文在论证该方法的同时,给出了用该方法测得的几种常用结构钢从室温至—196℃的一系列K_(1c)值. 为了说明试验结果的有效性,文中对实验精度进行了分析,并从线弹性断裂力学的基本要求出发,导出了试样的尺寸条件:D≥1.6(K_(1c)/σ_s)~2.最后,通过和标准的三点弯曲试验结果进行对照,二者符合较好。     

几种国产合金结构钢的断裂韧性及其和其它机械性能的关系

随着现代生产技术的发展,各种新型机械产品以及高强度和超高强度的金属材料不断涌现。但在传统的强度、塑性等指标符合设计要求的情况下,仍然多次发生突然的脆性断裂,有时还造成灾难性事故。根据实践的需要,人们引进断裂韧性这个新的机械性能指标,用以衡量材料抵抗脆断的能力。十几年来,国内外都对此开展了大量工作。我室对某些钢种断裂韧性从宏观现象到微观机理进行了研究,并对断裂韧性与强度之间的辩证关系作了初步探讨。过去有些人从某些钢种的强度提高时,断裂韧性就相应降低的现象出发,认为断裂韧性与强度二者似乎必然是此消彼长、互相排斥的。实验事实说明这种看法是片面的。断裂韧性与材料的化学成分、金相组织等都有关系。在某些条件下,如对许多中碳合金结构钢,断裂韧性与强度主要表现为互相排斥,二者有相反的变化趋向;但它们之间的关系呈现出一定的阶段性,不能简单化地对待。在另一些条件下,如对我国创制的硅锰系列低碳马氏体类钢种,在一定回火温度范围内,断裂韧性与强度则表现为相互依赖,二者有相同的变化趋向,当强度提高时,断裂韧性也随着提高。可见断裂韧性与强度的关系在一定条件下可以发生转化,它们既是对立的,又是同一的。我们必须在马克思主义哲学指导下,全面认识事物的客观规律,才能根据机械零件的实际需要,充分发挥金属材料的强度潜力,达到最佳的综合机械性能。试验还表明,具有板条状组织的硅——锰系列低碳马氏体类钢种具有高强度和大韧性相结合的优点。这类钢的推广应用,将对减轻机械产品重量,同时又保证安全运行发挥积极作用。     

低碳马氏体型超高强度钢的组织结构和疲劳断裂行为

本文在低碳马氏体型超高强度钢强韧性规律研究的基础上,系统地研究了疲劳断裂规律。试验结果表明,典型钢种25Si2Mn2CrNiMoV通过950℃加热油淬350℃回火,其疲劳强度(σ_(-1),σ_(-1N)等)和裂纹扩展抗力(dα/dN,ΔK_(th)等)可以实现最优化。通过对疲劳裂纹的原位透射电子显微分析,发现了疲劳裂纹尖端塑性区内板条马氏体晶体交界处的残余奥氏体薄膜发生应变诱发马氏体相变,观察到疲劳裂纹扩展过程中组织结构的变化情况,从而讨论了显微组织结构与疲劳断裂行为的对应关系。     

中碳钢马氏体中存在铁素体时的强度与韧性

本文研究了中碳结构钢(45Cr及60D)马氏体基体上存在不同数量、大小、形状及分布的铁素体对宏观综合机械性能的影响规律.试验结果表明:在马氏体基体上存在少量薄片状或细小分散状的铁素体时,其静强度、旋转弯曲疲劳强度仍保持在高强度水平下,而塑性与韧性特别是断裂韧性(K_(1c))却有较明显的提高. 本文通过对透射电子显微组织形态分析以及扫描电镜断口特征分析的基础上,初步讨论了马氏体基体中铁素体形态的微观韧化机制。