球墨铸铁断裂韧度测试技术研究进展

断裂韧度是材料重要的抗断指标.总结了平面应变断裂韧度、弹塑性断裂韧度、裂纹尖端张开位移和动态断裂韧度测试技术的研究概况及在球墨铸铁材料上的应用,介绍了温度、显微组织、试样尺寸对球墨铸铁断裂韧度的影响规律,探讨了球墨铸铁断裂韧度试样中的裂纹长度测试问题,介绍了基于J-Q(J积分-三轴性应力因子)理论的球墨铸铁断裂韧度测试方法;认为基于J-Q理论的多参数断裂韧度测试是未来研究的重点,并且若要使断裂韧度真正用于工程安全评定,必须在测试时综合考虑实际服役时的加载模式及环境.     

高温长期运行Cr-Mo钢断裂性能微试样测试实验研究

开展采用小冲杆微试样试验技术评定材料断裂性能的研究.针对2.25Cr-1Mo钢(脆化态和脱脆态)及1.25Cr-0.5Mo钢,将小冲杆试验测试结果与常规冲击韧度及断裂韧度试验结果相关联,得到小冲杆试样变形过程中消耗的总变形能与常规夏比冲击功间的对应关系经验公式,以及小冲杆试样等效断裂应变与材料延性断裂韧度间的关联式,说明可以直接采用小冲杆试验结果估算材料的冲击及断裂韧度值,为无法取标准试样进行材料抗断裂性能测试场合提供了一种可行的间接测试技术.     

陶瓷材料断裂韧度的非局部理论研究

利用非局部弹性理论和最大拉应力准则，推导了陶瓷材料Ⅰ，Ⅱ型裂纹平面应为断裂韧度的理论计算公式，公式与裂纹几何无关，仅与材料参数有关。通过实验得出，断裂韧度的理论值是测试值的下限。     

基于SENT试样获取材料断裂韧度的载荷分离法研究

单边裂纹拉伸(Single edged notched tension,SENT)试样因其低约束特性逐渐被用于管道材料的断裂韧度评定。根据有限元法,提出SENT试样的应力强度因子表达式,J积分计算中的增量塑性功算式以及塑性因子算式,并与文献中公式进行对比证实公式的精确性和有效性。依据ASTM用于CT试样获取断裂韧度载荷分离理论规则化方法提出适用于SENT试样的量纲一载荷分离法,并通过有限元计算证实SENT试样载荷分离的成立性。由量纲一载荷分离理论中的规则化方法完成了汽轮机低压转子材料30Cr2Ni4MoV、电站用P92管道钢以及5083-H112铝合金SENT试样断裂韧度值以及J阻力曲线测定,获得了各材料合理的J阻力曲线及条件断裂韧度JQ值。     

管道评定用AKV值估算JIC下限值的工程方法

断裂韧度值在缺陷评定中是一个非常重要的参数,但不能从在役管道中获得。本文在分析国际上已有的冲击功估算断裂韧度关系式的基础上结合搜集的实验数据推荐了服役温度下的冲击功估算断裂韧度的关系式。     

用于断裂韧度测试的C形环小试样的规则化方法与应用

伴随结构精细化、小型化的发展,薄板、薄壁管件等小尺寸构件得到应用,试样小型化对满足特殊取样要求和材料断裂韧度测试需求有重要工程意义,而基于非标小试样的材料断裂性能测试方法尚难满足需求。设计用于延性材料断裂韧度测试的C形环小试样,提出应用该类小尺寸试样获取材料延性断裂韧度的、基于量纲一载荷分离理论的规则化测试方法。分别采用C形环小试样和传统紧凑拉伸型(Compact tension,CT)大试样完成转子材料26Ni Cr Mo V11-5钢和压力容器材料A508-Ⅲ钢的J阻力曲线试验,讨论C形环小试样厚度、初始裂纹长度对试验结果的影响。结果表明,试样厚度和初始裂纹长度对C形环的J阻力曲线测试结果影响有限,但C形环试样裂尖具有更高的约束水平,由C形环试样得到的J阻力曲线明显低于CT试样的结果。     

应用解理断裂局部法预测任意应力-应变关系材料断裂韧度KIC的新方法

提出了采用解理断裂局部法模型预测任意应力-应变关系材料断裂韧度的新方法,并预测了国产A508-Ⅲ钢及16MnR钢在不同解理断裂概率时的断裂韧度,从理论上证明了对于大多数压力容器所使用的C-Mn钢,62%的解理断裂概率相对应的载荷是最有可能引起结构解理断裂的载荷,此时对应的断裂韧度值也最有可能接近材料真实的断裂韧度值.国产A508-Ⅲ钢及16MnR钢三点弯曲试样62%的解理断裂概率相对应的断裂韧度值与试验值较为接近.     

预应变对管线钢低温断裂韧度影响研究

油气管线无论是在安装还是在服役过程中,都会不可避免地产生大塑性应变(即预应变).为了研究预应变对材料力学性能和断裂韧度的影响,对X80管线钢原材料和塑性变形材料分别进行不同温度下的拉伸试验和断裂韧度试验,并对试样断口形貌进行分析.试验结果表明,温度对管线钢的断裂韧度具有显著作用,钢材的断裂韧度随着温度的降低显著减小,断裂方式也由延性断裂转变为脆性断裂;拉伸预应变因工作硬化提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,而压缩预应变因包申格效应降低了钢材的屈服强度与抗拉强度,但两者都降低了钢材的塑性及断裂韧度,进一步增加脆性断裂发生的概率.因此,在管道设计、选材、安全分析及评定时,应充分考虑温度和预应变对管线钢断裂行为的影响.     

材料断裂韧度测试中的厚度效应

在以往的材料断裂韧度测试中，只考虑了对平面应变状态下试件厚度的限制（Ｂ≥２．５（ＫＩＣ／σＳ）２）；而对于非平面应变状态下材料断裂韧度测试中均没有考虑试件厚度的限制。本文从与厚度效应密切相关的应力三轴约束入手，导出了与应力三轴约束ＴＺ相关的裂纹扩展能量释效率Ｇ的表达式，进而得出了相应的测试材料断裂韧度的修正Ｒ曲线法。最后结合３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ钢断裂韧度的实测结果校验了理论分析结果。     

动态弹塑性断裂韧度JⅠd测试方法研究

借助于示波冲击实验,建立加载速率KI≈105MPa@√m/s条件下,测定材料动态弹塑性断裂韧度Jid的方法.通过计算得到三点弯曲试样的动态裂纹尖端张开位移COD以及动态裂纹扩展量Aa,在此基础上得到裂纹动态起裂点.在动态弹塑性断裂韧度Jid的计算中,考虑了材料动态应力一应变行为的影响.船用945钢的测试结果表明,文中建立的方法简单、方便,适合于工程应用.     

Cryogenic fracture toughness evaluation for austenitic stainless steels by means of unloading compliance method

Most research to date concerning the cryogenic toughness of austenitic stainless steels has concentrated on the base metal and weld metal in weldments. The most severe problem faced on the conventional austenitic stainless steel is the thermal aging degradation such as sensitization and carbide induced embrittlement. In this paper, we investigate the cryogenic toughness degradation which can be occurred for austenitic stainless in welding. The test materials are austenitic stainless JN1, JJ1 and JK2 steels, which are materials recently developed for use in nuclear fusion apparatus at cryogenic temperature. The small punch (SP) test was conducted to detect similar isothermally aging condition with material degradation occurred in service welding. The single-specimen unloading compliance method was used to determine toughness degradation caused by thermal aging for austenitic stainless steels. In addition, we have investigated size effect on fracture toughness by using 20% side-grooved 0.5TCT specimens.     

单试样测试材料JId值方法的比较

利用示波冲击试验，以小角度多试样冲击试验结果为标准，对几种单试样测试材料动态弹塑性断裂韧度JId值的方法进行了比较。结果表明：最大载荷前能量方法只适用于测试启裂后无显著形变强化的高强钢；柔度变化率方法不宜于测试撕裂阻力较高的材料；而对于裂尖钝化时近似呈半圆形的材料，利用饱和伸张区宽度方法可以方便地得到材料的JId值。     

小冲杆试验评价材料的断裂韧度

为了评价材料断裂韧度，通过小冲杆试验对2．25Cr1Mo的回火脆态、脱脆态、焊缝区以及1．25Cr0．5Mo钢进行了试验研究，并对所得的小冲杆试验数据进行了分析。结果表明小冲杆等效断裂应变εe与小冲杆能量Esp之间存在重要的线性关系；同时发现断裂点的小冲杆能量值与材料的断裂韧度值线性相关。该方法为无法获取标准试样进行材料抗断裂性能评价场合提供了一种可行的测试技术。     

直接由KIC／KIa～（T—RTNDT）的实测数据统计分析反应堆压力容器用钢断裂韧性值的概率分布

在反应堆压力容器的结构完整性评定中,ASME规范中选择材料大量断裂韧性数据的下包络线来确定断裂韧度,这在反应堆压力容器结构完整性的概率评定中会产生过于保守的结果。为此,利用三参数威布尔分布模型和对数正态分布模型分别对起裂韧性玩数据和动态止裂韧性KIa数据进行统计分析,并给出了断裂韧性的统计分布模型。     

硅锰钼钒钢低温回火脆性问题的研究

本文利用冲击韧性试验、断裂韧性试验、显微断口形貌观察及离子探针等分析方法研究了硅锰钼钒钢的低温回火脆性。试验结果表明,不含钼的硅锰钢,有明显的低温回火脆性,这个脆性出现在360℃（以下简称360℃脆性）,加入钼（＞0.33%）能使360℃脆性大大减弱,甚至完全被抑制。但钒含水量量从0.05到0.33%对于60℃脆性无显著影响。钼和钒对断裂韧性的影响具有与冲击韧性相似的规律。离子探针的分析结果表明,硅锰钢360℃脆性的出现是与磷沿奥氏体晶界的偏析有关。     

奥氏体不锈钢应变强化工艺及性能研究

针对奥氏体不锈钢延性好但屈服强度低的问题,提出采用应变强化工艺来提高材料屈服强度。分析应变强化工艺中两个关键工艺参数——应变速度和应变量对材料力学行为的影响,指出应变速度不宜过慢,否则会出现锯齿形屈服行为,对材料性能造成不利影响。经应变强化后的奥氏体不锈钢在显著提高强度的同时,仍能保持较好的韧性。通过金相组织分析、马氏体体积分数测定等结果表明,将应变量控制在10%以下,强化后奥氏体组织仅发生少量的α′马氏体相变,对材料的力学性能影响不大,且材料的微观组织也没有明显变化。研究结果表明,采用应变强化技术在大幅提高奥氏体不锈钢屈服强度的同时,对材料的其他力学性能均不造成大的影响,从而为压力容器的安全运行提供有力保证,可实现压力容器的轻型化设计,经济和社会效益显著,应用前景广阔。     

低温阀门用LCB和LCC钢热处理方法浅析

通过理论分析和大量的试验，提出了LCB和LCC低温钢阀门零件达到ASTM标准对其低温冲击韧性要求的热处理工艺。     

Abrasive wear resistance of some commercial abrasion resistant steels evaluated by laboratory test methods

The aim of the present study is to evaluate the abrasive wear resistance of some potential abrasion resistant steels exposed to different types of abrasive wear contact conditions typical of mining and transportation applications. The steels investigated, include a ferritic stainless steel, a medium alloyed ferritic carbon steel and a medium alloyed martensitic carbon steel.The abrasive wear resistance of the steels was evaluated using two different laboratory test methods, i.e. pin-on-disc testing and paddle wear testing that expose the materials to sliding abrasion and impact abrasion, respectively. All tests were performed under dry conditions in air at room temperature. In order to evaluate the tribological response of the different steels post-test characterization of the worn surfaces were performed using optical surface profilometry, scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. Besides, characterization of the wear induced sub-surface microstructure was performed using optical microscopy.The results show that depending on the abrasive conditions a combination of high hardness and toughness (fracture strain) is of importance in order to obtain a high wear resistance. In the pin-on-disc test (i.e. in sliding abrasion) these properties seem to be controlled by the as-rolled microstructure of the steels although a thin triboinduced sub-surface layer (5–10 μm in thickness) may influence the results. In contrast, in the paddle wear test (i.e. in impact abrasion), resulting in higher forces acting perpendicular to the surface by impacting stones, these properties are definitely controlled by the properties of the active sub-surface layer which also contains small imbedded stone fragments.     

低合金超高强度钢的研究进展

低合金超高强度钢因强度高、热加工工艺性好及生产成本低而广受重视。但其韧性较低，成了制约其大规模生产和应用的关键因素。简要阐述了低合金超高强度钢的国内外研究动态，重点分析了合金元素、冶炼方法及热处理工艺对其强韧性的影响，并提出了改善其韧性的方法及今后的研究方向。