落锤试验测定钢材无塑性转变温度方法的讨论

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1、V01．26，＆pplOctober+20【16冶金分析MetallurgicalA11al州s第26卷增刊2006年10月文章编号：1000—7571(2006)增一0144—03落锤试验测定钢材无塑性转变温度方法的讨论张海龙1，张育生1，石金刚1，朱林茂1，王令刚2(1．钢铁研究总院国家钢铁材料测试中心，北京100081；2．河北科技大学机械学院，河北石家庄050054)摘要：测定钢铁材料的无塑性转变温度常用的一种方法是采用落锤试验，目前的落锤试验方法标准中关于试验过程中的结果判断过于简单。经常造成误判，使测定结果在钢的转变温度上下漂移。本文从试样的实际受力情况和数值应力分析，对

2、试验过程的判断方法进行讨论关键词：落锤试验；无塑性转变温度(N口rT)中图分类号：0344文献标识码：A落锤试验方法最初是美国海军研究所(NRL)w．S．PelliTli和P，P．Puzak等人首创的用来研究具有温度转变行为的铁素体结构钢抗脆性断裂性能的一种工程试验方法。通过该试验可以获得材料在含有微小尖锐裂纹和动态屈服加载条件下发生脆性断裂的最高温度，而这一温度称为无塑性转变温度(Nil—ductilitytransitiontern—perature。NDTT)。【1J12』无塑性转变温度是表征材料抗冷脆性能的重要参量，广泛应用于材料研究、产品质量控制过程和安全没计中。用落锤试验

3、方法测定出材料的无塑性转变温度就可以确定材料的使用温度，可以求得在设计应力下，防止脆性断裂所允许的最大裂纹尺寸，或者由裂纹尺寸来得到发生脆断的最小应力。【3J因此NDTT是事故分析和防断安全设计的重要参量。现有落锤试验测试铁素体钢的无塑性转变温度标准主要有国家标准GB6803—86[引以及美国标准ASTME208—95at“，这两个标准对测试NDTT的不同试样均做了各自的规定，具体的试验过程区别不大，评判试样试验后是否断裂的方法是一致的。不过在试验过程中，由于材料在受到落锤冲击后的断裂面形态与标准所提供的描述相差较大，对最终判定材料的NDTT存在于扰，因此本文通过试验过程中的试样分析

4、以及基于试样本身在产生弯曲变形时所受的应力状态分析，对试样的试验结果判定提出一些讨论。——144——1实验部分根据GB6803—86标准规定，试样在保温容器中降温，在规定允许的保温过冷温度范围内达到规定的保温时间后，将试样迅速取出放置在试验砧座上，并同样以最快的速度释放锤头进行冲击。冲击时，试样上的裂纹源焊道不得接触砧座的任何部分，试样边缘不得接触任何物体。冲击后的试验结果评定：裂纹源焊道引发的裂纹扩展到受拉面的一个或两个棱边，试样判断为断裂；若裂纹源焊道形成的裂纹未扩展到受拉面的棱边，则判断为未断裂；如果出现裂纹源焊道缺口底部不开裂或试样受拉面没有接触终止台，则试验结果为无效。同一

5、组试样按照上述试验过程进行系列温度试验，测出试样断裂的最高温度，在比该温度高5℃时至少做两个试样，所有试样均为未断裂，则将该试样断裂的最高温度确定为NDTT。在上述的试验过程中，对于试样结果的判定，美国标准也同样采用了相同的描述。他们的共同点在于，判定时只以试样的受拉面上从裂纹源焊道延伸出来的裂纹是否扩展至试样受拉面的棱边来作为试样是否断裂的唯一标准。但是在实际试验过程中，发现一些试样在受拉面上的裂纹扩展线还没有到达棱边时，在受拉面的两侧面上有明显材料屈服现象，而其中一些试样的侧面甚至出现了裂纹(见图l、2)。这些裂纹的出现表明了材料内部在落锤冲击后，由裂纹源的裂纹引发的断第26卷增

6、刊2006年10月冶金分析MetallurgicalAnalysisVol26．St_pplOctober．2006裂面已经扩展到整个试标的内部。由于在标准中并没有规定是否允许将试样打断进行判定，因此只有在征得用户同意的情况下将试样进行发蓝处理后打断，以便观察断口。从打断的断VI我们可以看到，正如前面的分析一样，试样在侧面产生裂纹或者屈服的时候，试样内部已经有了大面积的断裂面，其中局部断裂面为韧性断裂面，而大部分为放射状的脆性断裂面，表明试样内部产生的裂纹已经扩展到了试样的两侧。但是同时可以从图3、4中可以看到，试样的受拉面上的裂纹没有延伸至受拉面的棱边，而受拉面与贯穿裂纹之间的距离

7、并不是很大，部分试样只是一条非常薄的层面。说明虽然试样在表面上看还没有产生裂纹，但实际上材料已经受到了严重的破坏。而在没有打开断口的情况下，我们根据标准只能判断试样为未断裂，这对最终的NDTT结果产生不同的结果。图1试样1裂纹源焊道上表面图2试祥1侧面图3试样1关键截面图4试样2关键截面经过上述的分析，试样的裂纹扩展面的受力状况是值得关注的重要部分。因此有必要通过受力状况分析，试样在产生规定挠度的变形量情况下，判断断裂面的应力分布是否影响裂纹的扩展方向。2