超低温高锰钢埋弧焊焊缝金属微观组织及冲击韧性分析

采用埋弧焊工艺制备低温高锰钢焊缝金属,其主要成分为:0.20%～0.22%C、20.00%～22.00%Mn及2.80%～3.00%Ni。通过-196℃示波冲击试验,结合微观组织和冲击断口表征,分析了影响焊缝金属低温冲击韧性的微观机理。结果表明,该焊缝金属在-196℃的平均冲击值为68.2 J,断裂类型为延性断裂,断口呈韧窝形貌。焊缝金属能发生延性断裂缘于全奥氏体组织具有优异的塑性变形能力。冲击过程组织发生了马氏体相变,即相变诱导塑性(TRIP)效应,这在一定程度上有益于焊缝金属低温韧性的提升。另外,焊缝金属组织中粒径小于0.5μm夹杂物粒子占比为61.5%,这是其保持良好低温韧性的另一因素。     

C-Mn钢及焊缝金属的缺口和裂纹试样的微观断裂行为

本文通过起裂源粒子的特征和尺寸分布、裂源处显微组织和残留裂纹的尺寸分布情况,研究了C-Mn钢和两种焊缝金属的Charpy V,COD和预制裂纹冲击试样的微观断裂行为。发现焊缝中的解理裂纹形核于夹杂物或第二相粒子,母材形核于珠光体团;对于同一材料用缺口试样和裂纹试样测得的微观解理断裂应力的不同值是由于断裂过程中临界事件发生了变化。在-45～-65℃范围内,Charpy V 缺口试样中的临界事件是铁素体晶粒尺寸的微裂纹扩展进入铁素体基体;而在-110℃的裂纹试样中,是第二相粒子尺寸的微裂纹扩展进入临近的铁素体晶粒。临界事件的变化认为与缺口根部和裂纹前端不同的有效剪应力有关。建立Charpy V 和COD实验结果之间关系的条件是有关材料铁素体晶粒和第二相粒子的尺寸应当是类似的。     

C－Mn焊缝裂纹试样低温解理断裂机理

在系列低温下，对Ｃ－Ｍｎ焊缝进行了裂纹张开位移（ＣＯＤ）试验，测量了力学性能和断口微观参数，对疲劳裂纹前端形核并长大的微孔和解理微裂改进行了观察。根据实验结果对Ｃ－Ｍｎ焊缝ＣＯＤ试样的低温解理断裂机理进行了分析，发现在低温区，Ｃ－Ｍｎ焊缝的解理断裂临界事件随温度升高发生由起裂控制，第二相、夹杂物尺寸微裂纹扩展控制和铁素体晶粒尺寸微裂纹扩展控制的转变，并对发生这种转变的微观机制进行了分析。     

钛稀土复合处理对C--Mn钢粗晶热影响区组织及韧性的影响

利用Gleeble-1500D热模拟机进行焊接热影响区热循环模拟实验,研究了在焊接热输入为65 kJ·cm-1时稀土单独处理和钛稀土复合处理对C-Mn钢粗晶热影响区组织及冲击韧性的影响,并利用扫描电镜观察和分析了实验钢中的夹杂物和冲击断口形貌,利用光镜观察了热循环模拟后实验钢中的微观组织.实验结果表明:稀土单独处理和钛稀土复合处理的试样微观组织分别主要是晶界铁素体+块状铁素体+针状铁素体和晶界铁素体+晶内针状铁素体.经稀土单独处理的试样中夹杂物为La2 O2 S+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂;钛稀土复合处理的试样中的夹杂主要是La2 O2 S+TiOx+锰铝硅酸盐+MnS复合夹杂.钛稀土复合处理钢中的复合夹杂更细小,有利于形成细小的晶内针状铁素体.钛稀土复合处理极大地改善了实验钢的焊接热影响区低温冲击韧性,比稀土单独处理对试样的冲击性能提升效果更好.     

铝对自保护药芯焊丝焊缝组织及力学性能的影响

通过光谱分析、Luzex.F图像分析、扫描电镜、能谱分析、力学性能试验等手段,研究了高铝BaF2渣系自保护药芯焊丝焊缝中的Al含量对焊缝中夹杂物、微观组织和力学性能的影响.研究结果表明:随焊缝中的Al含量增高,焊缝夹杂物平均尺寸增大;焊缝中的夹杂物以AlN和Al2O3为主,在低Al焊缝中以Al2O3为主的夹杂物较多,而在高Al焊缝中AlN夹杂较多;Al含量的不同会引起焊缝微观组织的改变,以Al2O3为主的夹杂物能够诱导焊缝中针状铁素体形核,而AlN夹杂会引起焊缝组织粗大;焊缝中Al含量增加使焊缝的强度增高而韧性下降.     

稀土对2Cr13不锈钢夹杂物的变质及对冲击韧性的影响

采用金相、扫描电镜和能谱等分析手段研究了稀土元素铈对2Cr13不锈钢中夹杂物的变质作用以及对冲击性能的影响.结果表明:稀土元素改善了2Cr13不锈钢夹杂物的形貌和大小,未加稀土的钢的断口是典型的解理断裂,加稀土后钢的断口是准解理+韧窝型,韧窝中出现的细小球状稀土硫氧化物夹杂是其转变的主要原因;加微量稀土元素铈的试样低温横向冲击性能比未加稀土的试样大幅度提高,-40℃时提高了54.55%.     

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。     

稀土处理钢中夹杂物对晶内针状铁素体形成的影响

分析了稀土处理钢中夹杂物的特征（夹杂物种类、尺寸分布和体积分数）对微观组织中针状铁素体形成的影响.结果表明,钢中夹杂物种类和体积分数对针状铁素体组织的形成非常重要.稀土氧化物（包含稀土氧硫化物）与铁素体具有低至1.9%的错配度降低针状铁素体在夹杂物表面的形核能垒,从而促使它在稀土氧化物上形核.反之,稀土硫化物与铁素体具有高达42.5%的错配度不能诱导生成针状铁素体组织.此外,微观组织中针状铁素体的体积分数随着夹杂物体积分数的增加而增大,当钢中夹杂物体积分数是9.5×10-4时其体积分数达到53%.     

天然气场站异径接头开裂失效原因分析

对某一天然气分输场站内在役开裂失效异径接头的化学成分、金相、力学性能、宏观形貌、微观结构进行了综合分析,结果表明:该异径接头基体化学成分符合GB 6479-2000标准对20钢材质要求;壁厚分布较均匀,未见明显塑性变形;裂纹起源于小头环焊缝内表面的焊根处,具有较密集的贝纹线分布,是典型的疲劳断口;裂纹起源于内表面且较平直,在试样断口附近的焊根处出现微裂纹萌生。该异径接头基体-20℃冲击功符合GB 6479-2000标准对20钢低温冲击性能要求,但单个试样冲击功远低于小头焊缝及热影响区试验值。     

基于X射线显微CT的合金钢中夹杂物的定量三维表征

夹杂物对钢铁的疲劳强度以及疲劳寿命均会产生影响，但是大块试样中的夹杂物情况无法直接用X射线显微计算机断层扫描(X射线显微CT)进行精确成像。为实现对大块试样中夹杂物的三维特征观察，采用非水溶液电解的方法获取大块试样中的夹杂物，利用扫描电镜对电解后的夹杂物进行观察和分析，将夹杂物聚合成为圆柱形样品，最后采用X射线显微CT对夹杂物进行三维扫描，得到了大块试样中夹杂物的三维信息，并对夹杂物的各项尺寸数据进行统计分析。该研究为获取大块钢铁试样中夹杂物的三维形貌提供了新思路。     

BIC实验的数值模拟研究

为研究低速撞击作用下炸药点火机理,采用非线性动力学LS-DYNA程序和Visco-SCRAM本构模型数值模拟弹道撞击室实验. 计算得到了5.35 m/s初始撞击条件下炸药发生点火反应,与文献中的实验结果比较吻合. 计算结果表明,炸药整体温升并不能导致其点火反应,而裂纹面摩擦生热形成热点能使炸药发生点火反应,计算结果可为低速撞击条件下炸药装药发生非冲击点火反应机理提供新的依据和支撑.      

石墨对球墨铸铁冲击断裂特性的影响

本文用断口金相法分析和讨论了珠光体、铁素体、珠光体—铁素体基的球墨铸铁冲击断裂的裂纹扩展方式、断口形貌特征和石墨在冲击断裂中的行为。在冲击断裂中,石墨不是裂纹源,裂纹多源自石墨球之间的晶界或共晶团界上的杂质聚集处,裂纹通过不断地诱发出新裂纹源,不连续地向前扩展。     

铁素体球墨铸铁低温冲击韧性

为了优化生产工艺,探究化学成分对低温冲击韧性影响规律,通过夏比冲击试验方法研究了3组铸态全铁素体球墨铸铁的低温冲击韧性,分析了硅、碳含量对低温冲击韧性影响及断口形貌。结果表明：3组试样中,冲击韧性随碳含量增多和硅含量降低而升高;冲击韧度值随着温度的降低而下降,-20℃下可以达到15.20 J,冲击韧度值在温度低于-40℃后变化不大,韧脆转变温度在-40℃以上。冲击断口形貌表明,随温度降低,球墨铸铁的断裂机制由韧性断裂转为韧脆混合断裂,最后变为脆性断裂。可见碳硅含量会对低温冲击韧性造成一定影响。     

Formation of internal cracks during soft reduction in rectangular bloom continuous casting

To investigate the formation of internal cracks in GCr15 bearing steels during the soft reduction process in rectangular bloom continuous casting, fully coupled thermomechanical finite element models were developed using the commercial software MSC.MARC, and microstructures and fractographs were also observed. With the finite element models, the contours of temperature, equivalent plastic strain, and equivalent von Mises stress were simulated. It is observed that the fracture surfaces of internal cracks are covered by cleavage or quasi-cleavage facets. The region of internal cracks in the intergranular brittle fracture mode is in the mushy zone between the zero ductility temperature (ZDT) and the zero strength temperature (ZST). The simulated equivalent plastic strain in the crack region is 2.34%-2.45%, which is larger than the critical strain (0.4%-1.5%), and the equivalent von Mises stress is 1.84-5.05 MPa, which is within the range of critical stress (3.9-7.2 MPa), thus resulting in the occurrence of internal cracks. Reducing the soft reduction amount from 3 to 2 mm can lower the stress under the critical value.     

钇基稀土对E36钢板显微组织及冲击性能的影响

运用扫描电镜及能谱等分析手段研究了钇基稀土对E36钢中夹杂物的变质作用以及对显微组织和冲击性能的影响.研究表明,钇基稀土改善了E36钢的显微组织,减少了珠光体的片间距和含量.加入钇基稀土后,E36钢的冲击断口由典型的解理断口变为准解理+韧窝型断口,韧窝中细小球状的稀土夹杂是其转变的主要原因.加入少量的钇基稀土显著改善了E36钢的冲击韧性,尤其是低温冲击性能.在-60℃情况下,E36Re钢的纵向冲击功较E36钢提高了33.5%,横向冲击功提高了113.7%.并且,钇基稀土显著改善了E36钢纵横向冲击性能的差异性,未加稀土E36钢的纵、横冲击比均大于1.70,-60℃条件下达到2.77,而E36Re钢的纵、横冲击比为1.51~1.73.     

C-Mn钢和焊缝金属韧-脆转变微观断裂行为

对C-Mn钢和焊缝金属的COD,4PB,Charpy V和3NB试样在韧-脆转变温度区产生不同纤维裂纹长度后的断裂进行了卸载试验。通过对卸载试样纤维裂纹尖端及其两侧的微孔形态变化的观察和测量,断裂试样断口韧窝形貌以及起裂源粒子及其位置的观察和测量,对上述试样韧-脆转变区的微观断裂机理进行了分析研究。发现无论是裂纹试样还是缺口试样产生纤维裂纹后发生解理断裂的临界事件都是铁素体裂纹的扩展。韧-脆转变的主要影响因素为纤维裂纹扩展其前端三向应力度和最大正应力上升并超过临界值。韧性值的波动是由于在纤维裂纹扩展过程中,其尖端宽度的随机变化和材料中薄弱环节的随机分布引起的。     

焊接接头跨区试样断裂过程的研究

在系列温度下测定了两种焊接接头跨区(焊缝,热影响区,母材)试样的冲击韧性和COD,进行了断口的宏观与微观的观察分析。实验结果表明,非均质跨区试样的冲击韧性与COD之间不存在一般的相关关系。在本实验条件下,冲击韧性取各区韧性的平均值,而COD取各区韧性的最低值。从两韧性指标的物理意义、试样宏观断裂过程和微观断裂机制方面考察了实验现象产生的原因,发现跨区试样在延性裂纹扩展后高强区一侧对低强区一侧的解理存在屏蔽作用。     

裂纹方向对脉冲涡流激励热成像的影响

摘要：
通过建立不同方向裂纹的有限元模型,对利用脉冲涡流热成像技术检测铁磁和非铁磁金属材料的裂纹缺陷进行分析,讨论了不同方向裂纹对裂纹附近涡流场和温度场的影响,并提取试件表面温度最大值作为特征量来对裂纹方向角与几何尺寸的关系进行分析.同时,通过实验对数值分析结果进行验证.结果表明:在铁磁材料中,具有各种方向角的裂纹都可以检测到;而在非铁磁材料中,当方向角较小时难以检测出其裂纹.根据试件表面温度分布的对称特点,可对裂纹的走向进行初步判断;根据试件表面最大温度随着裂纹方向角的增大而呈线性增加,可进一步识别裂纹方向角. 关键词：
脉冲涡流热成像; 裂纹检测; 裂纹方向 中图分类号： TG 115.28
文献标志码： A     

刚性弹体冲击下无机玻璃的损伤破坏机理

使用有限元算法计算无机玻璃板在刚体弹体冲击下的响应过程,分析其损伤破坏机理. 通过计算发现无机玻璃板受冲击时,先出现径向裂纹,之后分叉形成环向裂纹,在径向裂纹与环向裂纹的交错作用下,无机玻璃板破裂成碎块. 无机玻璃板径向裂纹的出现是其被破坏的主要原因,而环向裂纹的出现则为无玻璃板吸收了大量冲击产生的能量. 厚度一定的无机玻璃板在刚性弹体特定速度范围内的冲击作用下吸能效果较好,这为无机玻璃板结构的设计提供了参考依据.