低合金鋼在不同低溫下解理斷裂機理的研究.pdf

1、本文對三種微觀組織（細晶細碳化物、細晶粗碳化物、粗晶粗碳化物）的16MnR鋼三點彎曲預(yù)裂紋試樣的解理斷裂進行了詳細地研究。通過斷口觀察及細觀臨界參數(shù)值的測量；起裂源性質(zhì)的分析比較；在不同溫度下的塑性裂紋穩(wěn)態(tài)擴展長度與斷裂韌性的關(guān)系；裂尖前端的應(yīng)力、應(yīng)變和三向應(yīng)力度分布的計算以及原始裂尖處小裂紋開裂和擴展的模擬等系列工作，得出以下主要結(jié)論： （1）細晶細碳化物比細晶粗碳化物和粗晶粗碳化物組織材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低，斷裂韌性高。對預(yù)裂

2、紋試樣而言，碳化物尺寸對韌脆轉(zhuǎn)變溫度和斷裂韌性值有顯著的影響，而晶粒尺寸對韌脆轉(zhuǎn)變溫度和斷裂韌性值的影響不顯著。在韌脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，斷裂韌性值的分散是由于塑性裂紋穩(wěn)態(tài)擴展長度的波動，而長度的波動是由塑性裂紋尖端寬度在其擴展過程中的隨機波動加上組織中薄弱環(huán)節(jié)（如Fe3C、TiN及MnS等）隨機分布所引起的。（2）在韌脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，三點彎曲試樣受載時，首先產(chǎn)生延伸區(qū)隨后產(chǎn)生塑性裂紋。由于單位延伸區(qū)和塑性裂紋的擴展能量不依存于溫度，所以斷裂韌性

3、主要決定于解理裂紋起裂時延伸區(qū)寬度（SZW）和塑性裂紋的長度（SCL）。在預(yù)裂紋三點彎曲實驗中，韌脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的斷裂能量主要消耗在裂紋尖端的鈍化與塑性裂紋擴展中。韌脆轉(zhuǎn)變低溫區(qū)，裂紋尖端在鈍化過程中吸收大量能量從而韌性陡升。因此，在韌脆轉(zhuǎn)溫度區(qū)斷裂韌度由延伸區(qū)、塑性裂紋的擴展阻力和脆性解理發(fā)生的遲早決定。在韌脆轉(zhuǎn)變低溫區(qū)和下平臺溫度區(qū)，COD值與SZW+SCL成正比關(guān)系，斷裂韌度可用塑性裂紋穩(wěn)態(tài)擴展長度來度量。（3）在解理斷裂過程中，微

4、裂紋的形核是決定解理斷裂的關(guān)鍵之一。對熱處理獲得的三種微觀組織的16MnR鋼在較大的低溫范圍（-30℃～-150℃）內(nèi)確定了以下不同的解理起裂源：晶界碳化物開裂、夾雜物開裂、較大的碳化物界面分離、球狀碳化物與鐵素體基體分離、晶粒邊界開裂。通過斷口觀察發(fā)現(xiàn)在韌脆轉(zhuǎn)變陡升的溫度區(qū)細晶細碳化物和細晶粗碳化物組織的起裂源特征發(fā)生突變：是較大的夾雜物（TiN）開裂；而在下平臺溫度區(qū)細晶粗碳化物、粗晶粗碳化物組織的起裂源特征主要是晶界碳化物起裂。反