马氏体双相钢疲劳裂纹扩展的研究（中）.doc

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1、空气环境中马氏体双相钢疲劳裂纹扩展的研究KVSUDHAKAR*andESDWARAKADASA摘要：在不同温度下退火，转化出的马氏体双相钢（DP）为马氏体加上铁素体的两相状态，其微观结构的马氏体含量保持32至76％的范围内。分别按照ASTM标准E647和E399号来测试疲劳裂纹增长（FCG）和断裂韧性以评估DP钢的性能。在不同压力强度范围（ΔK值）下测定裂纹扩展速率（da/dN），获得应力强度范围（ΔKth）的阈值。对裂纹扩展路径形态进行了研究，以确定微观结构对于裂纹生长特性的影响。通过检测紧凑拉伸（CT）的标本在静态模式下的拉伸裂纹曲折因子，以确定断裂韧性值。随马氏体在DP

2、钢的体积分数增加，疲劳裂纹扩展速率下降并且阈值增加。这是由于在碳含量较低，马氏体在更高的临界温度退火（ICA）的温度下形成，使裂纹尖端钝化和/或裂纹增长速度迟缓偏转。对粗糙型诱发裂纹闭合还发现，在马氏体含量进一步增加时，可以提高裂纹扩展的阻力观察。DP钢电子断口扫描阈值附近地区发现断裂方式为穿晶解理断裂与二次裂解。结果表明DP钢可能是强度和抗疲劳性能的优良结合的材料。关键词：双相钢（DP）；疲劳裂纹扩展；断裂韧性；应力强度范围;临界区退火；裂纹闭合1引言钢中的微观结构对疲劳裂纹扩展（FCG）行为的影响，多年来一直是可靠性研领域的究主题。研究微观结构对FCG的的影响，发现在阈值

3、附近门槛值（ΔKth）的变化是很明显的，而长的裂缝其增长率是不明显的，即小于10-7毫米/周期（1976年Masounave和Bailon;1977年，1979年;Lucas和Gerberich1981苏雷什等1982年）。新材料的强度，塑性和韧性评价的改良组合，导致出现了一系列复合材料结构，双相钢（DP）是其中优秀代表。DP钢属于新开发的高强度钢材，主要是在汽车行业，允许在不牺牲成形性的基础上大大减少了成本的权重，以满足不断增长的需求。具体技术上已利用的性能是其优越的韧性和成形性的特点，与低合金高强度普通碳素钢或类似强度级别的钢相性能比较为优越。8高强度双相钢作为一类牺牲边

4、际效应获得延展性材料的出现，将是作为厚的板材来用，而不是像目前的作为汽车零部件承载结构而用。采用断裂力学原理等对这些结构材料的完整性进行检验。除了常规的拉伸强度，硬度和冲击性能的评估，反而且对这种材料的断裂韧性相关的微观结构也进行研究。此外，如果受到循环载荷等的结构材料，其FCG行为也需要仔细评估。截至目前，没有实验去研究新研发的双相钢（含有较高的马氏体含量）的结构钢材应用时是否具有良好性能。所有先前对双相钢的研究，很少有关于断裂韧性的数据。本次试验疲劳裂纹扩展进行了研究，发现只有在非标准的式样有一个最大厚度6⋅5毫米。这项调查的目的是针对高马氏体双相钢的断裂韧性和疲劳裂纹扩

5、展行为（Sudhakar1996年）。2．材料与热处理2.1材料用于在本实验的是热轧条件下的微合金钢1003钢。使用钢铁分析分光器（model-1000DV4）测出其组成成分与含量列于表1.表11003碳钢的化学成分按ASTME399标准对半尺寸紧凑拉伸（CT）标本进行加工。将试样在炉里加热到920℃，保温60分钟，然后在9%盐水溶液中淬火得到充分转变的马氏体组织。这是为了确保在所有情况下获得的微观结构有相同的起始。将不同CT标本分别在730℃和850℃°的临界退火温度保持1小时淬火得到其马氏体含量分别为的32%和76%的不同双相组织。马氏体的体积分数的计算使用的是使用一个自

6、动图像分析仪（quantimet-520具有测量精度为1%）测出的，这个值是马氏体与总面积的面积比。2.2疲劳裂纹扩展和断裂韧性试验按照标准对astme647标本的instron-utm（模式8032）电液伺服闭环测试系统容100KN进行了疲劳裂纹扩展试验。采用减负荷技术确定裂纹增长率在不同∆k值下的大小。使用行显微镜（分辨率为0⋅01毫米）在光学抛光表面对裂纹生长进行监测。确定的门槛应力强度（∆8k）值，监测在每个负荷载量下0.05毫米的裂纹扩展，保持负荷的比例（0.1）常数。试验终止时，甚至在一百万周期的压力下实体值裂纹扩展很小。至少在两标本中检测每个微观状态都不明显。该

7、预标本（疲劳裂纹扩展试验）在stroke-control模式下受到荷载试验，首先裂纹扩展速度为2毫米/分钟，然后直至断裂。裂纹扩展中使用软件测试程序，试验载荷的增加与一个明显的2%的扩展速度的增量相对应。显然断裂方式按ASTM标准E399的计算公式为韧性断裂。3．结果与讨论3.1拉伸试验DP钢与马氏体含量在32%和76％之间不等的拉伸试验结果如图1所示，很容易看出，屈服强度（YS）和极限拉伸强度（UTS）随马氏体含量的增加而增大，到最高76％马氏体。正如预期的那样，伸长率略有下降。强度的增加主要归因于：