C-Mn钢及焊缝金属各韧性的统一性

在系列温度下测定了16MnR钢及三种焊缝金属的四项韧性指标:VCharpy冲击韧性、预裂纹Charpy冲击韧性、四点静弯缺口韧性和断裂韧度COD,同时测定了四种材料的屈服强度。发现四项韧性指标的延脆转变温度可以通过各材料的屈服强度对温度和加载速率的依赖而统一起来,各韧性的延脆转变现象均由局部解理条件所控制,为简化工程材料抗断性能的评定和断裂理论研究的深入提供了可能。     

无碳化物贝氏体钢低温韧性

对适用在—80℃以上低温的Ni5．5铸钢，从成分设计、热处理工艺的选择、机械性能及低温冲击韧度等方面进行了研究．经采用中温淬火 高温回火热处理的Ni5．5铸钢，在—80℃时其冲击韧度5．66J大于低温钢最低要求冲击韧度2．07J的2倍，并且具有较高的强度、韧性指标．在得到的强韧性综合指标较好的贝氏体组织中，没有残余奥氏体和碳化物．试验结果表明，Ni5．5铸钢具有无碳化物贝氏体结构、良好的机械性能和低温冲击韧性．     

预应变对不同晶粒度合金钢缺口试样断裂行为的影响

对两种不同晶粒度的低合金高强钢(WCF-62)的试样在常温下获得均匀预应变后(0～20%),在-125 ℃下对预应变和未预应变的试样进行了四点弯曲试验,测量了宏观和微观力学参数,以及断口参数.并结合有限元计算所得的不同预应变条件下的缺口前端的应力应变场分布,分析了预应变对不同晶粒度低合金高强钢缺口试样断裂行为的影响.结果表明:粗晶和细晶材料在室温预应变3%后,缺口韧性有明显的降低,但是随预应变进一步增加,缺口韧性基本保持不变.原因是预应变3%后两种材料解理断裂都转变为起裂控制.     

晶粒尺寸对车轮钢解理断裂韧性的影响

通过紧凑拉伸试验研究了碳的质量分数约为0.5%的C50车轮钢解理断裂韧性KIC(即条件断裂韧性KQ)与晶粒尺寸的关系.结果表明,晶粒尺寸对试样的断裂韧性有明显的影响,但决定车轮钢解理断裂韧性的是组织中最大的晶粒尺寸,而不是平均晶粒尺寸,最大晶粒尺寸越大,断裂韧性越低.对于C50车轮钢,当前5%的最大晶粒平均尺寸为30~73μm时,车轮钢的条件断裂韧性KQ与晶粒平均尺寸的对数呈线性关系.     

锰对C-Mn钢多层焊缝低温韧性影响的机理

本文通过热模拟、夏氏冲击及启裂源组织观察等实验,研究了锰对C-Mn钢多层焊缝韧性影响的机理。结果发现:启裂的最薄弱环节组织一般为原始柱状晶过热区(1350℃)、不完全重结晶区(860℃)及两者共同作用的再热区域;当锰含量较高时,细晶区也可成为薄弱环节,随着锰含量的升高,薄弱环节中针状铁素体的比例增大,该区的韧性升高,从而使整个焊缝的韧性升高;当锰含量为1.34％时,焊缝的韧性最佳。     

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焊缝区缺口和裂纹试样的宏观断裂行为

本文测定了C-Mn钢母材,C-Mn和Ti-B焊缝金属在不同温度下的Charpy V,COD和预制裂纹冲击试验中的断裂载荷、韧性值和断口上纤维裂纹长度,同时也测定了这些材料的力学性能。结果表明COD裂纹试样的局部解理断裂应σ_f比Charpy V 缺口试样高约600MPa。在试验温度区内,控制韧性的因素是断裂载荷、纤维裂纹长度和单位纤维裂纹扩展能量。母材较低的屈服应力σ_y,较强的σ_y对载荷速度的敏感性和较低的σ_f,使其Charpy V脆性转变温度高于焊缝,COD脆性转变温度低于焊缝。还对各韧性试样断裂行为的差别与建立Charpy V和COD结果之间关系的条件也进行了讨论。     

低温奥氏体钢及其断裂机理的研究进展

综述了低温奥氏体钢的研究进展。论述了高锰、高氮奥氏体钢低温脆断模式及其断裂机理，指出不同合金化的高锰、高氮奥氏体钢有着不同的层错能、相变临界分切应力、解理强度、屈服强度，因而有不同的断裂现象，包括晶间开裂、穿晶脆断、退火孪晶界开裂。着重探讨了穿晶脆断现象，指出穿晶脆断是高锰含氮奥氏体钢特有的脆性断裂形式，提出了今后的研究方向。     

C-Mn钢裂尖区解理断裂行为的研究

对C-Mn钢三点弯曲裂纹试样进行了实验和有限元计算,分析了裂尖断裂行为.研究结果表明在达到某一临界载荷前,裂尖只发生简单的钝化,并且在裂尖前端满足解理断裂三个判据的不同区域是相互分离的.因此形核的裂纹因不能扩展而不能引发解理断裂.随外载荷增加,高于这个临界载荷时,小裂纹在裂尖处形核、扩展,随后被钝化.此时裂尖前端的塑性应变被保留下来,但是三向应力度被释放掉,随后又重新建立,从而使得三个区域相互靠近.在第二个临界载荷下,三个判据都满足的区域相互重叠,解理裂纹形核并扩展.可以在裂纹形核区域和裂纹扩展区域刚要重叠的那一瞬时,决定解理断裂的最小距离.结合解理断裂的三个判据,裂尖断裂行为及由其产生的断裂驱动力参数(εp,σm/σe和σyy)的相应变化为钢的解理断裂在细观上提供了一个完整的物理模型.     

韧性断裂机理的理论探讨与基于铝合金薄板韧性断裂准则的修正

对韧性材料的断裂机理进行理论研究.当裂纹尖端附近两个相邻的材料微单元体的破坏面共面或共线时,裂纹可以通过破坏面扩展并传递到相邻的单元;当两个单元体的破坏面与两单元体中心线成一定角度时,两单元体之间将产生相对滑动或旋转,使得两破坏面之间重新共面或共线,从而使得裂纹可以扩展,形成一个连续的裂纹开裂面.基于铝合金6063薄板修正韧性材料的断裂准则,并用简单的平面应力状态下的平板拉伸试验和平面应变状态下的缺口拉伸试验,结合有限元ABAQUS计算求得韧性断裂准则中的材料常数.     

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。     

c-Mn钢和焊缝金属韧性数据分散的原因

通过同一温度下的多试样COD和Charpy V 韧性试验,结合宏观微观力学参数测量、断口及金相观察和微观断裂过程分析,对C-Mn钢及其焊缝金属韧性数据分散的本质原因进行了研究。发现分散的本质原因是组织中可作为起裂源的薄弱组织相对于裂纹或缺口前端的位置以及薄弱组织的解理强度σ_f,其中前者是主要原因。有薄弱组织存在的多层焊缝不均匀组织的韧性数据分散度大于组织较为均匀的母材。试样几何尺寸、切口位置和实验温度的不同是引起韧性数据分散的宏观因素。     

加载速率对低合金钢缺口断裂行为的影响

通过对低合金钢(FCW-62)在-100℃1～500mm/min不同加载速率下缺口试样四点弯曲实验及断裂应的测量,研究了加载速率对低合金钢缺口试样断裂行为的影响.结果表明:加载速率较低时,断裂应力较高;加载速率较高时,断裂应力较低.断裂应力的变化是由断裂的临界事件随加载速率的变化引起的,并且当临界事件相同时断裂应力不随加载速率变化.当加载速率在30mm/min左右时,缺口韧性随加载速率的增加迅速下降,这是由于断裂应力在此时发生了突然改变.     

颗粒尺寸对岩石抗拉强度和断裂韧度影响的数值模拟

选取三种粒径(平均尺寸1.02,2.12,3 mm)花岗岩试样,利用自主开发的岩石破裂过程数值计算软件(RFPA-DIP细观版),进行带缺口试样三点弯曲试验.利用虚裂纹模型描述岩石试样达到峰值载荷前的断裂过程区,引入双线性应力分布模型,将试样内部平均颗粒尺寸与虚裂纹模型建立起联系,通过数值模拟可分别计算出不同颗粒尺寸花岗岩的抗拉强度和断裂韧度.通过引入分形维数概念来表达不同颗粒尺寸花岗岩试样内部颗粒分布的特征,得到结论:颗粒尺寸与分维值呈反比例关系,分维值较小的花岗岩试样其抗拉强度和断裂韧度相对较小.     

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。     

不锈钢堆焊试件熔合区充氢前后的断裂韧性研究

研究了氢对不锈钢堆焊层熔合区的断裂韧性的影响作用。发现不锈钢堆焊层熔合区的断裂韧性随着充氢时间的增加而下降,结果表明,氢是引起加氢反应器不锈钢堆焊层剥离的主要因素。     

提高16Mn钢焊缝低温韧性的研究

本文通过多次实验,找出改善16Mn钢焊缝低温韧性的新工艺,即在淬火的基础上深冷处理(-196℃温度下的处理).可使带焊缝的16Mn钢试样的低温冲击值大幅度提高,并对深冷处理后能改善材料低温韧性的原因做了初步分析与探讨.