初始损伤对不同钢组织缺口试样解理断裂行为的影响

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1、摘要本文通过对A(16Mn细晶)、B(cF粗晶)、c(16Mn粗晶)三种材料的缺口试样在常温下进行了不同预加载荷的四点弯曲正弯实验，以在缺口前端引入不同的微孔洞损伤量，接着利用反弯实验消除了缺口根部尺寸对解理断裂的影响，而后通过高温回火处理消除了残余应力和加工硬化的影响，分离出损伤因素。随后在。196℃低温下进行弯曲断裂寨验。通过力学参数的测量、断口观察和有限元计算与细观模拟，就初始损伤对不‘同钢组织缺口试样低温解理断裂韧性的影响规律及机理进行了研究。结果表明：(1)当R／e，

2、昂／％的增加而略有增加，当晶／％>o．86l后，材料A和c的损伤量￡随昂／e，的增加而迅速增加。在相同的昂／只。下，材料^中的损伤量明显高于材料C。材料B的损伤量￡随晶／￡，的增加而缓慢增加、。在同一顸载荷比晶／已下，材料B的损伤量低于材料A、和C。(2)材料A的缺口韧性弓，名随预载荷比晶／名的增加逐渐下降。并且当晶／％o．861后，缺口韧性弓／％下降较快。B材料的缺口韧性弓／％随晶／％的增加几乎不变。c材料缺口韧性弓／名在晶／％

3、蜀／弓变化；而当晶／名>O．861后，随昂，只，的增加，缺口韧性值迅速降低。损伤量丘较小时，材料C的断裂韧性低于材料A，材料B与c相差不大；损伤量t较大时，材料A与c的断裂韧性相差不大，材料c的断裂韧性低于材料B。(3)在一196℃下，材料’A和c的低温解理断裂韧性随初始损伤量的增加而降低的原因是预载荷时引入的损伤，尤其是长条形的大缺陷，在随后的低温加载时，使长条形孔洞前端或旁边产生较高的局部应力一应变集中，弥补了外场正应力口。的不足，从而使解理发生在较低的断裂载荷P，下(sIc型起裂)，测量的外场盯。一D，的值也下降。材

4、料B的缺口韧性随初始损伤量的增加而基本不变的原因是B材料的起裂源类型主要为小尺寸球形孔洞(IC型)或碳化物粒子(IP型)，且随晶／％增加，起裂源类型无明显变化。虽然其损伤量，n随昂／％的增加而增加，但其损伤量的绝对值很低，并且其损伤基元主要为小尺寸球形孔洞，而球形孔洞两端的应力和应变集中相对于长条形缺陷引起的应力和应变集中要小很多，故材料B的缺口韧性基本不变。，(4)B材料对预损伤不敏感。在同样的晶，只，下，B材料的初始缺陷尺寸小、杏u始损伤对不同制组织缺口试样解理断裂行为的影响数量少，相应的损伤量小，其缺口韧性基本不随昂

5、，只，变化；而夹杂物含量多、尺寸大的16Mn钢c材料对预损伤较敏感。在同样的最／只．，下，c材料的初始缺陷的尺寸大、数量多，相应的损伤量大，其缺口韧性随只／只，的增加而下降。说。Ⅳ．明基体晶粒尺寸相近时，杂质物含量高的钢中较多、较大的初始损伤缺陷主导了缺口解理韧性，使材料韧性降低。(5)对于成分和夹杂物相同的材料，当昂／只，O．861后，材料中的初始损伤主导了解理韧性，晶粒尺寸的影响减小。A材料的缺陷尺寸大i初始损伤量大，从而产

6、生了高的局部应力一应变集中，导致了A材料的解理起裂与扩展的几率比C材料高，其断裂韧性下降幅度大，说明较大的初始损伤使缺口韧性对基体晶粒尺寸不敏感。(6)细晶粒A材料对初始损伤敏感的原因是在相同的只／只．时，细晶粒A材料的屈服强度仃。高，材料中产生的局部正应力q、吗、以的强度较高，传递到夹杂物内部及夹杂物与基体之间的界面处的正应力提高，从而更容易使夹杂物破裂或与基体剥离，产生较大的初始损伤。关键词：初始损伤；解理断裂；韧性：晶粒；孔洞；缺口试样；钢；有限元¨AbstractInthisp印er，aseriesoffburpo

7、intno劬alandreveIsebendingexperimentsarccarrjedoutonthenotchedspedmensofmaterialA(16MnRfiⅡegrain)，B(cFco酊Se目ain)aIldc(16MnRcoarSe野ain)，aIIddifferencleVelsofmicro-caVjtydamagcareintmduceda11dmee疵ctofthenotchmotradiusiseliminated．T0scp獭tetheeffectofdamage丘omresiduaIs

8、tressaIldworkhardeningbehavior，thespecimensaretemperedafterpre-loading．ThentllespecimellsarcfI．acturedbyfourpointbendingatalowtempefacureof-196℃．Bymeasu