XCQ16和20Mn2车轴用钢疲劳失效的微观机理

利用扫描电镜(SEM)对XCQ16和20Mn2两种车轴用钢疲劳断口和裂纹扩展断口进行分析,研究疲劳失效过程中的裂纹萌生及扩展机理.结果表明:裂纹均是从试样表面萌生,非金属夹杂和位错是主要的萌生机制;XCQ16钢在疲劳断口中部区的裂纹闭合效应大于20Mn2钢,裂纹扩展较慢;两者在裂纹扩展区的扩展机理不同,XCQ16钢属于塑性断裂,20Mn2钢属于解理断裂;在非金属夹杂上,XCQ16钢多含氧化物和硫化物的混合夹杂,20Mn2钢主要是氧化物夹杂,混合夹杂对材料的疲劳性能影响较小.     

显微组织对无限冷硬铸铁轧辊热疲劳性能的影响

文章介绍在无限冷硬铸铁轧辊上切取板状热疲劳试样,在自制的热疲劳试验机上进行了冷热循环实验,研究了显微组织对无限冷硬铸铁热疲劳裂纹萌生及扩展的影响.结果表明,热疲劳裂纹在石墨尖端处、珠光体基体及共晶碳化物中萌生;热疲劳裂纹主要在钢基体与共晶莱氏体界面处、钢基体内扩展及穿越共晶碳化物.     

三角缺口与圆形缺口起裂和裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究具有不同初始缺口的样品在单轴拉伸应变作用下裂纹起裂扩展的方式。【方法】采用晶体相场(PFC)法模拟不同缺口裂纹的扩展演化图及相应的应力分布。【结果】三角形裂口两侧裂纹起裂与扩展情况存在明显的差异,左侧裂口出现韧和脆两种类型的裂纹生长,而右侧的缺口是解理裂纹扩展;圆形裂口两侧的裂纹萌生,开始时表现为发射位错,然后形成空洞,随着裂纹进一步发展,逐渐转变为解理扩展。在应变施加初期,应变场强较弱,只在裂口附近有变化,形成二个环状的分布,在萌生裂纹的区域,出现应变集中。随着裂纹扩展,应变场环绕在裂纹周围,形成大的椭圆环状,在裂尖附近和位错区域,都存在应变集中。【结论】不同初始缺口对缺口起裂的时刻、方式和裂纹扩展有影响。     

纳观尺度下不同晶向取向对裂纹萌生和扩展的影响

【目的】了解裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场法研究不同初始晶向倾角在y方向单轴拉伸作用下裂纹扩展演化、对应的应力分布及其应力曲线。【结果】当拉应变作用达到临界值时,无预应变的样品裂口开裂方式不同。5°与20°晶向倾角的样品裂口直接开裂,并伴随着位错出现。10°与15°晶向倾角的样品裂口先发射位错,裂口准备开裂。裂纹形成后,5°与20°晶向倾角的样品裂纹主要呈脆性断裂模式扩展。10°与15°晶向倾角的样品为典型的韧性断裂模式扩展。【结论】不同晶向倾角对裂纹萌生时间、扩展方向以及韧-脆扩展形式有重要影响。     

WC-钢复合结构的D-B断口分析

采用扫描电镜研究了WC——钢复合结构的断口形态。试验用的合金为:WC 50％,C 0.25％,Cr 0.5％,Mo 0.25％。结果证实此类断口与普通复合材料的韧——脆性断口相似,而基体的断口与普通钢的断口相类似。很明显,断口中的大韧窝是以WC颗粒为中心的。有时在WC颗粒表面出现解理断口。通过试验发现裂纹扩展途径主要是沿着WC与基体的界面进行。通过不同的热处理,可以获得韧窝断口,准解理断口或撕裂型断口。为了提高此类合金的机械性能,改善基体的韧性与WC——钢界面的浸润性是十分重要的。     

WC-钢复合材料的断裂过程与断口分析

本文用光学金相显微镜在三点弯曲载荷作用下,观察了不同热处理状态的WC-钢复合材料GJW50断裂全过程;用扫描电镜进行了断口分析。结果表明,随着外加载荷增大,试样下表面张应变量ε_θ增大,当达到最大张应力时便产生显微裂纹。其显微裂纹总是在粗大的WC粒子和硬质相WC聚集区的WC粒子间界面以及孔隙处优先萌生。随着应变量增大,已开裂WC粒子中的微裂纹张开粗化,与此同时,尺寸较小的WC粒子开始产生微裂纹;应变量进一步增加,已开裂WC粒子的裂纹进一步张开,向前发生扩展。并对其扩展的可能途径进行了研讨。     

超低温温度场中轴承钢显微组织转变对机械性能的影响

在超低温温度场中对GCr15轴承钢基体亚稳态组织发生相变的过程进行研究,结果表明,在一定的降温速度、温度和等温时间下,基体中的回火马氏体沉淀出碳化物弥散相,残留奥氏体继续向马氏体转变,强化了基体组织,延缓疲劳微裂纹的萌生和扩展,从而提高了轴承钢的机械性能和耐磨性.     

高强韧低碳中锰钢的弯曲疲劳性能

利用GPS-100高频疲劳试验机,研究了高强韧低碳中锰钢的三点弯曲疲劳性能,绘制出S-N曲线并分析了疲劳断口特征,探讨了相变诱导塑性(TRIP)效应对试验钢疲劳性能的影响机理.结果表明:试验钢的条件疲劳极限为1006MPa,疲劳比为1.20;试验钢的疲劳裂纹源萌生于试样下表面靠近棱角的位置,疲劳裂纹扩展区存在大量的二次裂纹可有效降低主裂纹的扩展速率,提高试验钢的疲劳强度;瞬断区包含等轴韧窝和拉长的韧窝,是典型的韧性断裂.疲劳裂纹前沿微小塑性变形区内的残余奥氏体发生TRIP效应,吸收大量应变能,钝化裂纹,减缓裂纹的扩展速率,是试验钢疲劳性能优异的主要原因.     

SEM原位观察ZK60(0.9Y)镁合金板材的断裂行为

利用原位拉伸扫描电镜观察,研究ZK60合金及含稀土Y的ZK60(0.9Y)合金热轧板材动态拉伸过程中裂纹萌生和扩展情况,讨论合金的显微组织与断裂行为的相互关系.实验表明:在拉伸过程中,合金轧制态试样裂纹以撕裂的形式进行扩展,断口区域有解理、准解理断裂痕迹,ZK60(0.9Y)合金裂纹萌生所需载荷大于ZK60合金,且在拉伸过程中发生第2相的破碎,主裂纹沿第2相扩展,基体中的二次裂纹多萌生于第2相周围.     

15MnVN钢层状撕裂敏感性研究

本文作者着重研究了夹杂物形态、分布和基体金属性能在１５ＭｎＶＮ钢层状撕裂形成过程中所起的重要作用。研究了焊接过程中促使材料变脆的各种因素对层状撕裂敏感性的影响，主要包括：模拟焊接热循环；不同应变及不同温度下时效脆化。此外，利用Ｚ向拉伸和弯曲模拟层状撕裂过程，在光学及电子显微镜下直接观察了夹杂物的开裂和裂纹在基体中的扩展过程。     

WC／钢基合金的强韧化因素分析

基于力学性能试验、断裂韧性试验及微观分析 ,对碳化钨增强钢基颗粒复合材料的强化与韧化因素作了较全面的综合分析 ,得出此类材料的主要强韧化机理为高强韧的马氏体、大量超硬碳化物的复合强化、超细晶粒强韧化、界面强韧化以及硬质相与基体交互作用带来的强韧化效果 .     

低碳中锰Q690F高强韧中厚板生产技术

对低碳中锰Q690F高强韧中厚板进行了控扎控冷和热处理工艺试验，观察了显微组织，测定了拉伸和冲击性能，并阐述了其强韧化机制.结果表明:中锰钢的显微组织为亚微米尺度的回火马氏体+逆转变奥氏体的复合层状组织.中锰中厚板1/4厚度位置的屈服强度、抗拉强度、延伸率、-60℃冲击功分别为725MPa，840MPa，27.7%，130J.逆转变奥氏体发生相变诱导塑性(TRIP)效应产生的应变硬化是中锰钢主要的强化机制;TRIP效应吸收大量的应变能，推迟颈缩，增加均匀延伸率，是中锰钢主要的增塑机制;TRIP效应有效地提高了裂纹形成功和裂纹扩展功，是中锰钢主要的韧化机制.     

热处理对GCr15钢性能的影响

本文研究ＧＣｒ１５钢的各种热处理强韧化。通过降低淬火奥氏体化温度，控制马氏体Ｍ中含碳 量，改变Ｍ形态，减小Ｍ领域尺寸；或经高温固溶炭化物超细化予处理；或以等温淬火获得（Ｂ下 ＋Ｍ）混合组织。所有这些处理，都可使ＧＣｒ１５钢获得不同程度的强韧化，对冲击韧性、静弯强 度、压溃强度、断裂韧性、耐磨性和接触疲劳寿命都产生有利的影响。     

QT工艺对一种B-Nb低碳贝氏体钢 组织及强韧性的影响

通过室温拉伸、摆锤冲击、光学及扫描电镜研究了QT(淬火+回火)工艺对实验钢晶界比例、晶粒尺寸、碳化物析出情况及强韧性的影响，并对其变体的分布及组合方式进行了分析.结果表明:随着回火温度的升高，实验钢强度逐渐降低，塑性逐渐提高;450T和500T钢断口为准解理型断裂，贝氏体板条间析出的碳化物及较低比例的大角度晶界使得冲击韧性较差;而600T和650T钢断口为韧窝断裂，组织中大角度晶界的比例增加，有效地阻碍了裂纹的扩展.变体分析表明，450T钢变体组合方式介于Bain group和CP(close packed)group之间，而600T钢变体之间呈现较明显的CP组合方式，同一CP group内的变体取向差较大，偏折了裂纹传播路径，提高了低温韧性.     

NbC纳米析出相对低合金高强钢氢致开裂的影响研究

We investigated the effect of nanosized NbC precipitates on hydrogen-induced cracking (HIC) of high-strength low-alloy steel by conducting slow-strain-rate tensile tests (SSRT) and performing continuous hydrogen charging and fracture analysis. The results reveal that the HIC resistance of Nb-bearing steel is obviously superior to that of Nb-free steel, with the fractured Nb-bearing steel in the SSRT exhibiting a smaller ratio of elongation reduction (I_δ). However, as the hydrogen traps induced by NbC precipitates approach hydrogen saturation, the effect of the precipitates on the HIC resistance attenuate. We speculate that the highly dispersed nanosized NbC precipitates act as irreversible hydrogen traps that hinder the accumulation of hydrogen at potential crack nucleation sites. In addition, much like Nb-free steel, the Nb-bearing steel exhibits both H-solution strengthening and the resistance to HIC.     

10Ni3MnCuAl 模具钢沉淀析出对其动态断裂韧性的影响

测定了沉淀硬化型模具钢１０Ｎｉ３ＭｎＣｕＡｌ在不同加载速率ｖ０下动态断裂韧性Ｋ１ｄ．试验结果表明,随着ｖ０的提高,Ｋ１ｄ降低．ＳＥＭ断口观察揭示,随冲击加载速率的提高,断口形式由韧窝准解理逐渐转变为沿晶准解理形貌．理论研究结果表明,Ｋ１ｄ与裂纹尖端塑性区内参与微裂纹形核的第二相粒子有关．被激活而参与微观断裂的沉淀析出物越多,Ｋ１ｄ越小．透射电镜的微结构分析显示,标准时效（４ｈ）或初时效（１０ｍｉｎ）状态下,其沉淀析出物为大量弥散的金属间化合物Ａｌ３Ｎｉ．沉淀析出物的数量、形态及尺寸分布是影响动态断裂韧性的主要原因．     

超高强度钢在大气环境中应力腐蚀行为研究

 采用慢应变速率拉伸测试技术研究了一种新型超高强度不锈钢Cr12的应力腐蚀开裂(SCC)行为,结合扫描电镜对应力腐蚀断口形貌进行观察和分析.结果表明,Cr12钢的空拉试样有明显的颈缩现象,断口四周平齐,为裂纹的起源与快速扩展区,以准解理断裂形貌为主.在弱酸性溶液中SCC敏感性增大,断口仍为准解理形貌,局部出现滑移台阶.在弱酸性气氛环境中,氧在薄液膜中的扩散能更快地到达金属表面,阴极反应的供氧量充足,阴极极化强化,钝化膜的稳定性和完整性受到破坏,点蚀更容易发生,从而增大了其SCC敏感性.Cl－通过诱发点蚀形成和阻碍钝化膜修复显著提高了Cr12钢的应力腐蚀敏感性,降低了钢的强度和塑性.应力腐蚀裂纹起源于点蚀坑处,SCC机制可用滑移－膜破裂理论进行解释.     

温度对X12CrMoWVNbN10-1-1钢组织及力学性能的影响

对X12Cr Mo WVNb N10-1-1耐热钢进行了300~600℃之间的高温力学试验,利用OM,SEM与TEM观察分析各温度下材料的微观组织及断口形貌,研究了温度对材料组织及高温力学性能的影响.结果表明:随温度升高,300~400℃,析出的脆性M3C相的数量和尺寸不断增加,且出现偏聚,析出强化和形变强化作用逐渐增强,塑性变形中,脆性相M3C处更容易出现应力集中,裂纹的产生、扩展更快,更易断裂,材料的塑性随之下降.400~600℃,碳化物发生转变,M3C相快速重熔分解,M7C3及M23C6开始析出,使得析出相的数量和尺寸下降,强化作用减弱;同时,动态回复作用越来越强,材料的强度快速下降,塑性快速上升.     

Fe-Mn-1.6 Ni-C水电用钢板轧后 直接淬火和回火工艺

通过Fe-Mn-1.6Ni-C钢板控制轧制、轧后直接淬火和560~710℃回火调质处理实验,研究了轧后直接淬火态和回火态的组织与性能变化.结果表明,轧后直接淬火得到组织细小的板条马氏体,固溶强化作用提高了其抗拉强度.经过回火热处理后,碳化物的析出及其对位错的钉扎作用,降低了钢的抗拉强度,提高了钢的屈服强度.随着回火温度的升高,碳化物聚集长大,铁素体发生回复与再结晶,造成强度下降以及冲击韧性提高.当回火温度高于A_○c1时,粗大的碳化物极易引起裂纹形核,破坏钢的冲击韧性.Fe-Mn-1.6Ni-C钢最优的回火温度为680℃,屈服强度为963MPa,抗拉强度为988MPa,延伸率为20.0%,-60℃冲击功为142J.     

碳化物粒子尺寸对缺口试样断裂行为的影响

通过对铁素体晶粒尺寸相同、碳化物粒子尺寸不同的两种低合金钢的两种缺口试样（４ＰＢ，ＣｈａｒｐｙＶ）进行断裂试验，分析研究了碳化物粒子尺寸对缺口试样断裂行为的影响．结果表明：在缺口试样中，解理断裂的临界事件是铁素体晶粒尺寸的裂纹扩展进入相邻晶粒．铁素体晶粒尺寸决定缺口试样的低温解理断裂行为，而碳化物粒子尺寸对其几乎没有影响．在转变温度区，碳化物粒子尺寸分布通过影响材料塑性，对其缺口韧性产生较小影响，大碳化物粒子尺寸材料缺口韧性略高