结构钢在低温下的多次冲击断裂抗力

本文通过对缺口试样在低温下的多次冲击弯曲断裂抗力研究,初步探讨了结构钢45Cr、40MnB、20Cr、45钢等的多次冲击断裂抗力随试验温度而变化的规律,并以45Cr钢为重点研究了低温多冲断裂抗力与材料强、塑、韧配合的关系.认为在温度不太低(t>-50℃)的情况下,钝缺口(r=1.0mm)试样的多冲抗力,中温回火仍能显示优越性.在强、塑性能相近的条件下,40MnB的低温多冲抗力高于45Cr.45钢淬火500℃回火之后的低温多冲寿命是45钢正火态的10倍.20Cr低碳马氏体的低温多冲抗力较之上述几种中碳钢或中碳低合金钢调质态的都更优越.     

缺口对转向架用SMA490BW钢疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验;确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明:与光滑试件(K_t=1)相比,缺口试件(K_t=3)疲劳极限应力减小了61%; S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0. 786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

缺口对转向架用SMA490BW钢的疲劳性能的影响

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致疲劳断裂问题,针对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验,确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求下,对此种钢进行疲劳性能研究并通过扫描电镜进行断口分析。结果表明：与光滑试件(kt = 1)相比缺口试件(kt = 3),疲劳极限应力减小了61％,S-N曲线左侧的斜率更大;其缺口敏感系数为0.786;光滑试样的裂纹源为角部裂纹,缺口试样的裂纹源为表面裂纹。     

35CrMo钢亚温淬火后的低温拉伸和冲击性能

本文通过对35CrMo钢采用在(A+F)两相区内进行亚温加热淬火并高温回火以及常规调质处理后的室温～-196℃光滑和缺口拉伸、系列冲击试验,探索了亚温淬火对改善35CrMo钢低温强韧性的可能性.试验结果表明:35CrMo钢亚温淬火后,可使奥氏体晶粒得到显著细化(达到12级晶粒度);与常规调质处理相比,在低温下光滑拉伸强度稍有提高,而塑性稍有降低.但确显著提高低温下的缺口拉伸强度,降低缺口敏感性.同时还显著提高脆性转化温度附近的冲击韧性,但在其它温区提高不甚明显.冷脆转化温度约降低20℃;亚温淬火后低温下拉伸断裂的基本特征是裂纹均在碳化物和铁素体的边界处萌生,并以穿晶扩展为主.在液氮温度下,也不出现脆性的解理断裂,而是以准解理为主并有少量韧窝的混合型断裂;较佳的亚温淬火工艺是原始为淬火态,采用820℃加热淬火(未溶铁素体约13%左右)和550℃高温回火.     

低温条件下输电铁塔主材节点的强度及其分散性试验

为将钢材材料的现有研究成果直接应用在节点的设计上,分别进行输电铁塔材料(139个试样)和节点(216个试样)的低温拉伸试验,并提出一种考虑节点连接滑移时的强度处理方法,对不同温度下材料与节点的强度性能进行研究,依照国家标准研究低温下节点屈服强度的分布规律和统计参数。研究结果表明:低温条件下节点的屈强已经超出一般钢材的屈强比范围0.60~0.75,节点的抗力分项系数均小于规范中钢材材料的参考值,且节点强度设计值普遍超出规范中强度设计值10%以上。建议结合低温条件下节点屈强比的变化规律对节点的抗力分项系数以及屈服强度设计值进行合理取值。     

不同晶粒尺寸C-Mn钢低温韧性的研究

对不同晶粒尺寸C-Mn钢低温缺口及裂纹断裂韧性进行了研究。结果发现:在-196～-30℃范围内,细晶钢的缺口断裂韧性显著高于粗晶钢;而在-110℃时粗晶钢裂纹断裂韧性接近或反而高于细晶钢,前者的平均值明显高于后者。粗晶钢最低韧性试样启裂点距预裂纹的距离小于细晶钢而韧性却高于细晶钢,从而否定了粗晶裂纹断裂韧性商是由于其具有大的特征距离(RKR模型)的观点。在缺口试样中细晶钢的σ_f~*/σ_(?)高于粗晶钢,而在裂纹试样中,细晶的σ_f~*/σ_(?)接近戏反而低于粗晶,这是粗、细晶粒钢缺口及裂纹断裂韧性变化不一致的主要原因,也说明σ_f~*/σ_(?)是一个有价值的韧性参量。     

冲击功与COD转变温度的相关关系

对普通C-Mn钢,Cr-Mo钢和三种焊缝金属进行了系列温度示波冲击试验,COD试验和屈服强度的测定,通过对实验结果的分析发现,中低强结构钢和焊缝金属的冲击韧性和断裂韧性的延脆转变温度之间存在着统一的相关关系,即试验材料的两韧性的延脆转变温度迁移量与材料的应变速率敏感性呈线性关系。因此,推荐了工程上用冲击韧性推测断裂韧性的方法,并指出这一相关关系存在的内在原因是不同试验材料的缺口冲击试样和裂纹静载试样在延性断裂过程、解理的力学条件以及解理微观机制这三个方面的相似性。     

渗硼对钢材机械性能的影响

本文研究了固体渗硼对钢材(20CrMo,45,T8及 GCr15)机械性能的影响。渗硼后得到Fe_2B或 FeB Fe_2B渗硼层。本研究进行了渗硼试样的拉伸、多次冲击以及旋转弯曲疲劳试验,并与未渗硼试样进行比较。其结果为:(1)对于低碳合金钢(20CrNiMo、20CrMo),渗碳对拉伸强度及多次冲击抗力的影响很小,韧性有所下降;渗硼后进行淬火及低温回火处理,使强度及韧性均下降。(2)对中碳结构钢(45),渗硼对拉伸强度及多冲抗力影响也很小,韧性也有所下降。渗硼后经淬火高温回火,刚拉伸强度有所增加,塑性稍有下降。若渗硼后再经淬火及低温回火,拉伸强度及塑性均有显著降低。45钢渗硼后,疲劳强度提高,单相时提高更多。(3)对于高碳工具钢T8及滚动轴承钢GCr15,渗硼后拉伸强度及塑性均下降,后者下降幅度更大;多冲抗力也有所下降。     

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。     

缺口应力集中对AL6061铝合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法考察了AL6061铝合金缺口试样的疲劳强度,分别对板状光滑试样和缺口试样进行了10~5周次～10~(10)周次范围内的对称疲劳试验。试验载荷为轴向拉压R=-1,加载频率为20 kHz,环境温度为室温,试验结果显示,在10~(10)周次范围内光滑试样和缺口试样的S-N曲线都出现了极限平台型的特征,存在传统疲劳理论定义的疲劳极限,且试样的疲劳性能随着应力集中系数的增加而降低。大多数试样疲劳裂纹萌生于表面,但随着疲劳周次的增加,AL6061铝合金疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数增加。理论应力集中系数为2.54的试样其疲劳缺口敏感系数为0.89,理论应力集中系数为3.27的试样其疲劳缺口敏感系数为0.82,疲劳缺口敏感系数接近1,表明AL6061铝合金具有非常高的缺口敏感性,在实际工程应用中,须充分考虑应力集中对该材料及相应结构疲劳强度的影响。     

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.     

低碳Cr-Mn-Si-Mo空冷贝氏体钢力学性能的研究

以A3钢、硅铁、锰铁、铬铁及钼铁为原料,冶炼成无缺口的冲击试样.试样经过奥氏体化后空冷处理,分别测试了铸态及空冷处理后试样的洛氏硬度、冲击韧性,并在Olympus和扫描电子显微镜（SEM）下观察了其组织形态与断口.试验结果表明,试样经920℃奥氏体化后空冷得到较好的硬度与冲击韧性的匹配,硬度为HRC31.0,冲击韧性为200.775J/cm^2,金相组织以粒状贝氏体为主,含有少量的残余奥氏体.     

水韧处理对TiC基高锰钢结合金组织与性能的影响

系统研究了水韧处理对TiC基高锰钢结合金力学性能的影响,并通过分析合金在处理前后显微组织结构和微区成分的变化阐述了其中的内在关系.经过1 050℃×6h水韧处理后,真空烧结试样的抗弯强度和冲击韧性分别提高154.6%和125.3%;对低压烧结试样则分别提高61.81%和45.38%;对真空烧结+低压烧结试样也分别提高65.59%和32.90%.研究结果表明,水韧处理能够显著提高烧结态TiC基高锰钢结合金的抗弯强度和冲击韧性.因此,对烧结态TiC基钢结合金进行水韧处理或者高温成分均匀化热处理十分必要,有利于充分发挥其性能潜力.     

扭转载荷下环形缺口圆轴的统一模型及断裂准则

对于具有环形缺口的圆轴,以缺口半径ρ、缺口深度h和缺口张开角α以及圆轴几何尺寸a/b为描述参量,建立各种缺口的统一模型.给出扭转载荷下环形缺口的应力集中系数和环形裂纹的应力强度因子.用有限元计算得到缺口张开角α对无量纲因子fa(a/b)的影响,建立以fa(a/b)为依据的安全设计、断裂设计准则.结果表明:缺口半径、缺口深度和缺口张开角对无量纲因子fα(a/b)均有一定影响.     

高锰奥氏体钢超低温冲击韧性

本文通过在超低温下的V型缺口夏比冲击试验和SEM断口分析研究了高锰奥氏体钢的冲击韧性及其影响因素。研究表明:含较高氮的合金对试验温度较敏感。随试验温度的降低,冲击韧性下降很快,对应在断口上是韧性断裂转变为脆性断裂;不含氮的合金冲击韧性变化不大,在-196℃温度下仍为韧性断裂。所有合金固溶处理空冷态的冲击韧性较高.铬含量增加,钢的韧性下降;锰含量对韧性影响有极大值,对应的锰含量为35％左右。     

蠕墨铸铁的低周疲劳裂纹扩展速率

为评估高速列车蠕墨铸铁制动盘寿命,开发了钛合金低温(-50℃)整体夹式引伸计和计算机试验数据采集系统,实时同步采集试件缺口张开位移、低周循环次数和载荷位移。采用柔度法通过试件缺口张开位移计算出裂纹长度,以确定疲劳裂纹扩展速率。试验结果表明:所得原板厚试样室温(25℃)与低温(-50℃)低周疲劳裂纹扩展速率曲线趋于一致。在试验温度范围内(-50～25℃)可统一使用室温低周疲劳裂纹扩展速率试验结果。     

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。     

40CrNiMo钢工程短疲劳裂纹扩展规律

对调质40CrNiMo钢光滑及缺口试样进行了旋转弯曲疲劳试验,利用塑性复型技术实现了对工程短疲劳裂纹扩展过程的显微观测、由实验获得光滑试样的短裂纹扩展可由方程do/dN=Bσ~nα予以确定性描述。对于缺口试样的应力接近屈服极限时,疲劳损伤表现为萌生大量的短裂纹体系,利用等效裂纹概念进行统计,缺口试样的短裂纹扩展具有与光滑试样相似的规律。     

9Ni钢中逆转变奥氏体的稳定性

为了研究逆转变奥氏体在应力和低温条件下的稳定性,通过透射电子显微镜对淬火+回火(QT)和淬火+两相区淬火+回火(QLT)处理9Ni钢中逆转变奥氏体进行形貌观察.结果发现QT处理钢中逆转变奥氏体以块状形态存在;QLT处理钢中逆转变奥氏体以块状和薄膜状存在,薄膜状逆转变奥氏体分布在板条边界上.通过X射线衍射对液氮浸泡前后逆转变奥氏体含量和其碳含量的变化进行测量,发现QLT工艺处理后在液氮中稳定存在的逆转变奥氏体的含量要高于QT工艺.通过三点弯曲试验、单轴拉伸和压缩试验研究其机械稳定性,发现拉应力和压应力均能促使逆转变奥氏体转变,大部分残留奥氏体分布在晶内.     

线切割对淬硬模具钢组织成分和性能的影响

本文研究证明:(1)淬回火冷冲模具钢线切割表层几乎没有显微裂纹存在,CrwMn钢线切割白亮层约有70％奥氏体和30％马氏体组成。(2)线切割试样的小能量多冲寿命及良层耐磨性比磨削加工者高一倍以上。(3)CrWMn钢线切割后经200℃补充回火显著降低表层残余拉应力值,改善线切割试样无缺口冲击韧性和弯曲性能,进一步提高表层耐磨性,但补充回火却使小能量多冲寿命降低到机加工水平。(4)与线切割后补充回火相比,研磨掉线切割“变质层”并未改善无缺口冲击韧性和弯曲性能,反而显著降低表层耐磨性。(5)初步用硅钢片冷冲模具使用表明,CrWMn钢制模具线切割后适当补充回火有改善模具使用寿命的功效。