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.     

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。     

基体钢的组织与性能及其在冷变形模具上的应用

本文试验研究了国产新型基体钢6Cr4Mo3Ni2WV(简称CG-2)的热处理工艺与组织、性能的关系及其在冷镦十字槽螺钉冲头和冷挤压活塞肖冲头上的使用寿命。研究结果表明:新钢种在1120～1140℃淬火,560℃两次回火与6—5—4—2高速钢在淬火三次回火条件下相比,硬度、静弯强度、抗压强度、抗压屈服强度和小能量多次冲击抗力,前者均略逊于后者,然而挠度和无缺口一次冲击值,前者显著地优于后者。文中分析讨论了二者性能差异的组织因素和合金元素的影响。试验也证实了对脆性状态的工模具材料的多次冲击抗力的规律与对机械零件适用的多次冲击抗力的基本结论是一致的,即冲击能量低时,多冲寿命取决于强度,而冲击能量高时,多冲寿命取决于韧性。新钢种用于冷镦十字槽螺钉冲头,一次寿命在8.5～9.3万件,打破了国內标准行业的最高记录。然而,用于活塞肖冷挤压冲头,却未显示出其优越性。根据试验结果,分析讨论了上述两种冲头矛盾的特殊性与机械性能的关系。最后,本文对新钢种的进一步试验研究的合金化方向,组织形态与性能的关系等方面,提出了若干建议。     

常用低合金钢焊接接头冲击疲劳寿命的试验研究

对常用低合金钢 16 MnR,15 MnVN 以及18 MnMoNb 钢及其焊接接头进行了小能量多次冲击对比试验,以分析焊接热循环对焊接接头多冲抗力(冲击疲劳寿命)的影响及变化规律。得出了不同冲击能量下,热影响区组织与焊接接头强度、塑性的规律关系。     

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及其与其它机械性能指标的关系

本文研究合金结构钢的断裂韧性及其与其它基本机械性能指标之间的关系,并着重讨论了中碳含量和低碳含量的合金结构钢其断裂韧性与各种机械性能指标之间关系的差异,得出来一些值得重视的结果。中碳合金结构钢选用有代表性的钢种40CrNiMo,低碳合金结构钢选用高强度低碳马氏体类合金结构钢20SiMn2MoV、22OrMnSiMOV和25SiMn2MoV。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。400rNiMo钢的尺寸因子(K_(IC)/σ_s)~2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:冲击值a_k、CVN与K(IC)随回火温度的变化有相同的走向,予制疲劳裂纹的夏比试样冲击值W/A与K_(IC)有较密切的关系。     

从冲击接触疲劳角度论钢的渗碳及热处理工艺

本文对渗碳钢的表层状态与多冲接触疲劳性能之间的关系进行了试验研究,指出:渗碳件的最佳多冲接触疲劳抗力所对应的渗层深度,淬火加热温度,加热时间和回火后表面硬度等是随着材料成分,另件尺寸和冲击能量大小而改变的; 渗层的碳浓度应从马氏体的含碳量,碳化物大小,数量,渗碳层淬透性及淬硬性诸方面综合考虑来确定。文中还指出:带有冲击性质的接触应力作用下的渗碳件,应该采用多冲接触疲劳试验方法来评定材料和热处理工艺。表面滚压强化是进一步提高渗碳件多冲接触疲劳寿命的有效途径。     

渗碳钢等温淬火多次冲击抗力的试验研究

本文试验研究证明:三种渗碳钢在渗碳一次再加热等温淬火处理后比通常渗碳一次再加热淬火回火处理具有更高的多次冲击弯曲抗力。当等温温度较低时,多次冲击侧向压缩抗力也较高。这就为进一步提高渗碳钢强度特性提供了一种新的强化工艺措施。试验分析指出:多次冲击抗力的这些变化规律是与载荷性质,金相组织(马氏体组织形态,马氏体与贝氏体相对量)及残余应力沿渗碳层分布密切相关的。     

淬火后回火温度对50Mn钢力学性能的影响

50Mn中碳钢属优质碳素结构钢,常用于石油套管接手、轴齿轮、齿轮、摩擦盘、花键轴等,其热处理工艺通常是淬火回火[1].不同温度回火将影响钢的金相组织,使钢得到不同的强度、塑性和韧性的配合.本研究选择880℃淬火后300、400、500、600、670 ℃等不同温度回火,分别进行拉伸、冲击和韧断试验,探讨不同回火温度对50Mn钢力学性能的影响.     

硼对低碳低合金钢裂纹形成功及扩展功的影响

本文用部分能量冲击及示波冲击的方法研究了微量硼(≤35ppm)对调质状态的低碳C_r—M_i—N_o—V钢裂纹形成功和扩展功的影响。结果表明:硼降低了裂纹扩展功,尤其合硼35ppm的钢最为显著,这是固溶硼尤其是碳硼化合物促进了钢解理断裂,使钢具有较低的裂纹扩展抗力的结果。硼也有降低裂纹形成功的作用。     

微观组织对车轮钢力学性能和磨损性能的影响研究

车轮钢和轨道钢的微观组织和力学性能对高铁运行的安全性和服役寿命具有决定性影响。该工作采用淬回火和淬火雾冷两种热处理制度制备了具有等轴状铁素体和粒状渗碳体的回火索氏体车轮钢和片状渗碳体分布在铁素体中的索氏体车轮钢。通过优化热处理制度,两种钢的晶粒均在7级,属于细晶组织。对两种组织的钢进行伸试验,两种钢的拉伸强度大于900 Mpa,延伸率大于15%;由于淬回火车轮钢中颗粒渗碳体的弥散强化作用,其强度比淬火雾冷的车轮钢更高。夏比冲击试验表明,在室温下淬火雾冷的车轮钢冲击吸收功高于淬回火车轮钢,但随着冲击温度的降低,淬火雾冷的车轮钢冲击功幅度下降幅,而淬回火钢一直到-20℃韧性几乎不降低。模拟高铁载荷和时速500 km运行下轮轨接触频率,将两种钢与相同轨道钢配副做滚动接触疲劳试验。结果表明:淬回火车轮钢的疲劳寿命更长,裂纹的萌生主要发生在试样的表面和亚表面夹杂物或应力集中处,在表面萌生的裂纹一般会沿一定的角度向内部扩展,然后沿平行于试样表面进行扩展,最后从试样上撕裂下来。裂纹扩展一般沿着夹杂物与基体界面进行;当夹杂物阻碍裂纹前进时,裂纹会绕过夹杂继续扩展。在摩擦之后,车轮轨与轨道钢的硬度都有1~2HRC的硬度下降,组织成分由于发生了再结晶及塑性变形下,条带状碳化物被碾碎等因素,使其与原始组织有了很大的不同。在硬度为34HRC左右时有最好的抗摩擦性能。     

回火温度对超高强韧船体结构钢力学性能的影响

借助OM、SEM、EBSD及力学性能测试等手段,研究了回火温度对低碳超高强韧船体结构钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,经不同温度(500～650℃)回火2 h后,试验钢的显微组织均为回火索氏体,随着回火温度的升高,钢中析出渗碳体数量及大角度晶界含量逐渐增加;力学性能测试结果显示,试验钢的抗拉强度和屈服强度随回火温度的升高而降低,屈服强度在回火温度区间内均在782 MPa以上,达到超高强度船体钢的要求;试验钢的塑性和韧性随着回火温度的升高有所提升,延伸率和室温冲击吸收功分别保持在12%和212 J以上,且当回火温度为650℃时,试验钢于-80℃下的冲击吸收功高达64 J,这主要与钢中大角度晶界含量有关。     

提高三牙轮钻头牙爪使用寿命的研究

本文对20CrMo钢制的三牙轮钻头牙爪的服役条件和主要失效形式进行了分析,指出:牙爪跑道过早发生块状剥落是由于渗碳层的多次冲击接触疲劳抗力不足引起的。采用高温淬火、回火来调整碳化物形态和低温短时加热淬火,适当提高回火温度和滚压强化等措施后。钻头台架试验寿命比原工艺钻头提高了3.5倍,并超过了美国同类型钻头台架试验寿命。油田试验结果,使用寿命与美国同类型钻头相当。文中还对美国钻头用钢、热处理后组织特点、机械性能、钻头台架等作了对比分析和试验,为合理选择象钻头牙爪这样一类承受多冲接触疲劳的零件的用钢及制订热处理工艺提供了依据。     

残留奥氏体数量对65CrMo3W2VSiTi钢组织和性能的影响

本文系统研究了六种不同热处理工艺对６５Ｃｒ５Ｍｏ３Ｗ２ＶＳｉＴｉ钢残留奥氏体数量、形态、分布及其回火稳定性的影响，探讨了残留奥氏体对钢在不同组织状态下的强度、韧性、疲劳裂纹扩展速率和冲击疲劳寿命的影响及变化规率，得出了高碳高合金冷作模具钢淬硬组织中存在有一定数量和形态良好的稳定性较高的残留奥氏体可以改善其强韧性配合和提高疲劳抗力的结论．     

提高YT-24型凿岩机活塞使用寿命的研究(1973—1975三年技术总结)

凿岩机活塞是一个典型承受多次冲击载荷的零件,目前失效主要方式为崩齿,折断和端面下凹。本文首先重点讨论了高碳钒钢之所以能用作此类零件的关键在于整体淬火薄层硬化(即国外所谓薄壳淬火),指出淬硬层深度及其分布和相应内应力大小及其分布在活塞抗崩齿和折断失效中所起的重大作用。和崩齿、折断作斗争中,为改善淬硬层强韧性以提高材料的多冲抗力。在淬火问题上研究了盐浴短时加热新工艺,以期在高碳淬硬层中能获致部分板条状马氏体;在回火问题上。分析了正断、切断抗力随回火过程变异规律。作出适当提高回火温度的决定;在锻造问题上研究了加热过程中“组织遗传性”的影响,提出了锻造加热温度的下限。此外,根据承受多次冲击零件的应力集中问题,体积均一性问题,冲击配偶件的配合硬度问题等对活塞的合理结构设计,正确加工工艺,钎尾几何形状和配合硬度等各方面提出了相应的改进措施和规定。和端面下凹作斗争中,除采用上述改进淬硬层强韧性的各项措施外,重点研究了未熔碳化物在冲击接触疲劳中的作用。指出,为减少端面下凹,活塞应具有小、少、匀、圆的未熔碳化物,而为获得小、少、匀、圆的未熔碳化物,研究和提出了预先托氏体化处理,然后亚临界点加热等温球化的新工艺。三年来,在上述试验研究基础上,试验活塞的平均寿命从500米提高到4600米,超过了实测的日本同类产品的寿命水平。批量生产的活塞使用寿命也达到了原有水平的六倍。     

多冲载荷下过载对随后裂纹扩展的影响

对作用于12CrNi3A钢的多冲过载对随后裂纹扩展的影响进行了研究。结果表明,多冲载荷下过载同样存在着裂纹扩展延迟效应,且与过载时的冲击速度有关。根据实验结果对过载延迟的机制进行了初步探讨。     

分级滲碳中碳化物的析出与变形过程

渗碳工艺是当前机械制造工业中应用最为广泛的一种化学热处理方法,它使被渗工件获得一定的强度、较高的耐磨性和疲劳抗力。被渗工件的机械性能主要决定于渗碳层中的碳浓度及淬火回火后的金相显微组织。当渗碳层中碳浓度较高时,淬火后具有针状马氏体和大块或网状碳化物以及数量较多的残留奥氏体。近年来又观察到当渗碳层的碳含量较高时会伴随针状马氏体出现一定数量的显微裂纹。若从疲劳强度考虑上面这些组织     

HQ80C钢性能与组织的定量关系

研究了一种Cr-Ni-Mo-V-Ti-B多元合金化，强度高于785MPa的可焊结构钢（HQ80C）淬火态和400－700度回火态显微组织与拉伸性能及冲击性能之间的定量关系，发现钢的韧脆转化温度（50％FAT）与马氏体板条束截线长度呈线性相关，建立了调质态钢的屈服强度计算公式，回火温度范围为500－700度时理论计算值与实测值相对偏差均小于3％。     

回火硬度对新型中碳弹簧钢应变疲劳特性的影响

对两种新型中碳弹簧钢应变疲劳特性及其回火硬度影响进行了研究,并和中高碳弹簧钢60Si_2Mn进行了对比。结果表明:两个新型弹簧钢和60Si_2Mn都具有循环软化;在应变疲劳曲线(△ε/2～2N_f)上,弹性线和塑性线的交点随弹簧钢回火硬度的升高而向低循环寿命移动;在Monson-Coffin方程中的回归常数b和C与循环应变硬化指数n的关系大体符合b=-n/(1+5n),C=-1/(1+5n)。各钢的应变疲劳特性、组织特征和断口形貌之间有一定的对应关系。同样硬度下新钢较老钢有更高的过载抗力。     

关于多冲试验方法的评价

在综合分析多冲载荷的特性及有关多冲试验的文献资料后,得出多冲载荷兼有循环载荷和冲击载荷的特点。循环载荷的特点,导致材料在多冲载荷下的破断过程,不同于一次摆锤冲击载荷下的破断过程;多冲载荷下材料的破坏过程,是循环载荷作用下的裂纹萌生及扩展过程,属于疲劳的范畴。多冲试验有别于一冲试验。但冲击载荷的特性,又导致应力波的传播和叠加,并使加载速率的作用变得重要起来,与一般的疲劳试验相比,具有其独特的性质。多冲试验不能被疲劳试验所代替。