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《关于300M钢断裂韧性试样断口上延伸区的观察及定量研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、93期.,第卷第航Vol9地3空材料19899.年月AERONAUTICALMATERIALSSePt198日关于300M钢断裂韧性试样断口上延伸区的观察及定量研究赵宇赵振业摘要,,本文对30oM钢断裂韧性试样断口上的延伸区进行了观察及测量对其形成过程进行了讨论.,:C间的定量关系式w03。Ea,并提出了延伸区平均宽度w与断裂韧性K=K于/将此式所得w的计算值与实,二者十分吻合。测结果进行比较一、前言口上的延。一金属材料断裂韧性断伸区被认为是一种特殊的断口形貌己有许多研究L作,,C〔’一3’。,表明延伸区的平均宽度是与材料的断裂韧性K密切相关的过去人们寻
2、找它们之间的关系时,由于对疲劳预制裂纹在尖端处的轮廓细节认识不够,以及在测量时受到,,数据分散性的影响因此提出的模型比较粗糙所得延伸区的实测平均宽度与使用物理模型所得到的计算结果吻合得不十分理想。,,‘一。目前在失效分析工作中断口反推技术是一种被)泛应用的分析手段它不但可以,利用从断口上所获得的丰富信息来推断零件的断裂过程而且还可以进一步利用断口上一些特征形貌区的形状、数量、分布及尺寸等的测量结果,对材料的某些力学性能进行定量估算。这便对描述断口特征参量与力学胜能间关系的各种表达式,在精度上提出了更高的要求.因此,深入探讨延伸区的形成机制,找出其平均宽度
3、与材料的断裂韧性及其它力学性,,能间的定量关系无论是对于我们更深入地了解材料断裂性韧的本质合理地建立断裂过,,.程的物理模型还是对于失效分析工作都具有十分重要的意义二、试验材料及实验过程,.本文所用材料为30M低合金超高强度钢其化学成份见表1表1和OM钢的化学成份(重通百分比)..口..口.....~........口..目.目..门..,电.目~~~一~,口~~~切~~~~.~~.~曰.~,~~.一一.~.一一一一Ou⋯生Nj{MC弊季⋯{一-⋯竺.:l。.4:···....盆重}上0”9Jo69‘6‘0.91⋯00700012{000日90OG16航
4、空材料9卷该俐采用真空感应一真空自耗重熔冶炼技术生产。将钢锭锻成小3。。mm的圆棒,然后。,。直接锻成试样毛坯始锻温度1180℃终锻温度850℃采用不同温度的等温淬火及油淬工艺对试样进行热处理.具体工艺见表2.衰2试样的热处理试样编号油悴.,A187。’ZQoC等温lh水冷300’C回火,C奥氏体Zh化lh22o.,空冷(两次)A6C等温lh水冷一.,A10A1225oC等温lb水冷26o.,A14C等温lh水冷Zso.,C等温lh水冷所有机械性能试验均在室温进行.INSTRON一1断裂韧性试验在251试验机,INSTRON一上进行拉伸试验则是在1196
5、上进行的.一,一采用塑料碳二级复型技术在DX201型透射电子显徽镜上观察断.口上的延伸区形貌.复型的位置如图l所示选择中间位置主要是由于此处的应力状态与平面应变最相吻合.分别对每个试样上6、12个视场进行了拍,照‘并分别选择4~9张较为清晰的照片在其上对延伸区的宽度进行了测量。图l复型位置示意图三、实验结果及讨论断裂韧性试样断口上的延伸区位于预制裂纹产生的疲劳断口与最终加载断裂后所造成,,.的瞬断区之间呈一带状如图2所示由于它通常不具备一般断口上的几种典型形貌特征(如解理、准解理、韧窝、疲劳条纹及沿晶等),因此,有人亦称它为无特征区。目前,,,人们普遍认
6、为它是断裂韧性试样在最终加载过程中疲劳预制裂纹尖端发生钝化所形成的。,,,当断裂韧性试样加上载荷后预制疲劳裂纹尖端发生钝化随着载荷水平的提高钝化,。,程度增大裂纹前端的应变量也随之增加在三向应力的作用下裂纹前端的第二相质3期关于30M钢断裂韧性试样断口上延仲区的观察及定量研究1夕,.。点与基体脱开形成微孔微孔随着裂纹尖端钝化程度的进一步加剧而逐渐长大当一个,,或几个微孔同时与裂纹前端相连接时裂纹便发生失稳扩展而导致断裂在瞬断区与疲劳区之间留下一条延伸区。图3为采用油淬工艺进行处理的试样断口上延伸区的形貌.,图2延伸区位置示意图图3延伸区形貌油淬300Ox
7、,。,如前所述延伸区是在裂纹尖端发生钝化过程中形成的因此此延伸区表面为一非。,Beaoen断裂表面它的形成机制较为复杂hm和Mey在文献〔4〕中曾做过比较详尽的讨论.一般在延伸区上可观察到许多波纹状花样,见图。4显然它与裂纹尖端在塑性变形.eacBhem和Meyn过程中大量发射位错有关认为此一过程涉及多种基本的位错运动机制,如波状滑移、交叉滑移、不规则滑移及复合滑移等。‘’’’x(a)200C等温10000只(b)ZeoC等温e000图4延伸区上的波纹状花样,。更进一步的观察表明在延伸区上还存在一些极浅的拉长韧窝它的形成必然与存在于延伸区表面或次表面的第
8、二相质点有关。文献〔4〕中曾为此提出了一种新的机制来描述拉长椭圆形浅韧窝的形成过
