EXPERIMENTAL STUDIES ON LOW TEMPERATURE BRITTLENESS OF PHOSPHORUS CONTAINING STEELS AND IRON-PHOSPHORUS ALLOYS

本文用扫描电镜观察了正火或退火后再加热至700℃保温短时、水冷的加稀土与未加稀土的10MnP,15MnP及Fe-P合金断口,测量了锰磷试验钢断口和磨面的电极电位,并做了断口Auger电子能谱和离子探针成分深度分析。结果表明,所有试验材料在室温至-100℃打断时,不发生晶界断裂,除了在室温至-25℃断口上出现少量韧性断裂外,都是脆性解理断口。解理断口富磷。     

AZ80镁合金的深冷处理

研究了深冷处理对AZ80镁合金组织及力学性能的影响,并用扫描电镜分析了挤压态、T4态和T4+深冷处理态试样的室温拉伸断口。试验结果表明,深冷处理能改善合金的显微组织,从而提高其力学性能。在本试验条件下,AZ80镁合金最佳深冷处理工艺为-180℃×2 h。挤压态试样室温拉伸断口为准解理断裂;T4处理后,断口形貌为具有一定塑性变形的准解理断裂;T4+深冷处理后,断口又呈现出以准解理为主的脆性断裂特征。     

温度对U-2.5%Nb合金力学性能的影响

研究了U-2.5%Nb合金在-100～700℃温度范围内的力学性能。结果表明,合金的抗拉伸强度随试验温度上升呈下降趋势,其塑性在600℃以下温度并非单调变化,而是在500℃附近延伸率和断面收缩率分别出现极小值,合金拉伸断口与室温(20℃)相比具有明显的沿晶断裂特征。试验温度高于600℃后,合金塑性明显升高。热处理后的该合金加热至500℃经保温并冷至室温后,合金的冲击韧性有所降低。在-100℃～室温的温度范围,合金的冲击韧性随试验温度的降低而下降,并在-30～-10℃的温度范围发生韧脆转变。当温度低于-30℃后冲击韧性下降趋势明显减缓,合金冲击断裂面颗粒高低不平,具有准解理断裂特征。     

压裂泵阀箱用钢的示波冲击性能及动态断裂韧性

对30CrNi2MoV压裂泵阀箱用钢进行880℃淬火+560~650℃回火的调质处理,在室温下进行了Charpy V型缺口示波冲击试验,通过SEM对各个回火温度下的冲击断口形貌进行了对比分析。实验结果表明:30CrNi2MoV阀箱钢的延性断裂韧度、动态断裂韧度、裂纹扩展功、冲击功等关键指标均随回火温度的升高而升高。供货态试样断口为解理形貌;560℃回火断口形貌是准解理+韧窝;590~650℃断口是韧窝形貌。冲击韧度和冲击断口形貌有良好的对应关系。     

Ti-22Al-25Nb合金双尺寸板条组织不同温度拉伸性能研究

通过B2相区等温锻造工艺和O+B2相区固溶时效处理获得了Ti-22Al-25Nb合金双尺寸板条组织。研究了双尺寸板条在室温、400、600℃的拉伸性能,分析了断口特征,揭示了在不同温度下的拉伸断裂机制。结果表明:测试温度的变化显著影响双尺寸板条组织的拉伸性能。随温度的升高,双尺寸板条组织的强度下降,塑性提升。室温断裂机制为准解理断裂,断口特征以宏观解理断裂和微观条形刻面加撕裂棱为主;高温断裂机制为韧窝断裂,400℃断口特征以等轴浅韧窝和微孔为主,600℃断口特征呈现明显较大且深的等轴韧窝。     

Mg—RE—Zr合金的塑性变形行为及断裂特征

通过压缩试验研究了Mg-RE-Zr合金在不同温度下的形变行为及断裂特征.结果表明,材料在400 ℃压缩时,均匀塑性变形量大,形变硬化效果显著.室温压缩断口主要以剪切断裂为主,断面较平坦,有明显的二次裂纹.压缩状态下,其断裂特征主要为解理与准解理断裂的混合断裂;拉伸断裂方式为准解理断裂.因此,在力学性能方面,Mg-RE-Zr合金的塑性变形行为可以满足作为生物医用材料的要求.     

厚大断面球墨铸铁低温冲击性能研究

研究了厚大断面球墨铸铁从室温到-50℃的冲击断裂韧性,分析了冲击温度对断裂的影响机制。结果表明:试样石墨平均尺寸为34.6μm,石墨形状因子平均为0.77;V口冲击试样的韧-脆转变温度在-30℃左右,-40℃为零塑性转变温度。冲击韧度值随着温度的降低而成下降的趋势,冲击韧度在-25~-35℃的温度区间内出现一个平台,保持在7 J/cm~2左右,随着温度进一步降低,冲击韧度值显著下降,在最低温度(-50℃)时的冲击韧度值不足室温时候的三分之一;冲击断口从常温到低温断裂机理经历由韧性断裂到韧性+解理断裂,到最后完全解理断裂的过程。     

Sc对铸造Al-Li合金组织演变及力学性能的影响

研究了Sc合金化对铸造Al-Li-Cu-Mg合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,添加0.2%的Sc对合金晶粒细化效果显著,同时Sc合金化还会促进时效态合金基体中核/壳状复合结构粒子的析出。在室温及200℃下拉伸时,含Sc合金显示出更优异的强塑匹配性,这归因于细化强化和沉淀强化（δ′-Al3Li相及核/壳状复合结构粒子）的综合作用;当拉伸试验温度升高至300℃时,晶界弱化效应使含Sc合金的强度急剧下降而伸长率显著提升。断口形貌观察发现,基准合金室温的断裂模式为准解理断裂,温度对合金的断裂模式无显著影响;含Sc合金室温的断裂模式为典型的沿晶断裂,200℃下该合金的断裂模式转变为沿晶和穿晶混合断裂,拉伸试验温度提高至300℃,断裂模式最终变为微孔聚集型断裂。     

AZ31镁合金及其TIG焊接接头断裂机理研究

对AZ31镁合金及其焊接接头进行拉伸、冲击和疲劳试验,分析了镁合金的断裂机理及疲劳裂纹扩展方向.母材拉伸试验结果表明,试样几乎没有缩颈,抗拉强度为236.29 MPa;焊接接头的抗拉强度为185.68 MPa,拉伸断裂从焊接接头焊趾部位启裂,抗拉强度为母材的78%.冲击试验在-80～340 ℃进行,结果表明,在较低温度下AZ31镁合金冲击韧性较小,断口为准解理形貌的脆性断裂;随着温度的增加,断裂形式由准解理+韧窝形貌的混合断裂过渡为韧性断裂;在常温下焊缝中心的冲击韧性比母材的高,但热影响区的冲击韧性较差.AZ31B镁合金母材的疲劳强度为66.72 MPa,对接接头的疲劳强度为39.00 MPa;母材疲劳断口由解理台阶组成,为脆性断裂;焊接接头疲劳断口由解理和准解理台阶组成,为脆性断裂.     

稀土对AZ61镁合金组织及室温力学性能的影响

以AZ61镁合金为基础合金,研究了镁合金中不同稀土含量对其组织及室温力学性能的影响,并通过SEM对断口形貌的观察分析了稀土对合金断裂机制的影响。结果表明：加入1%-4％的稀土后,铸态AZ61合金组织中的母相明显变少,形成粗大针状或者棒状甚至块状AhCe或Al3Nd稀土相,造成合金成分的不均匀,使晶界脆化,同时在拉伸过程中易在粗大稀土相的尖角处形成应力集中,降低了镁合金室温力学性能;另外,由于稀土含量偏高,AZ6l合金中β-Mg177Al12相由连续网状、块状变为断续的网状或粒状,分布在合金基体中,同时沿晶界或晶内分布的粗大或团簇的Al4Ce或Al3Nd强化相,造成一定的品格畸变,阻碍位错的运动,使含稀土合金的室温力学性能有所提高,但仍低于AZ61合金的力学性能;通过SEM对断口观察发现所有试验合金的断裂方式均为解理断裂。     

AZ91系列压铸镁合金高周疲劳断口形貌分析

AZ91D压铸镁合金中加入富Ce稀土后,组织得到明显细化,压铸过程中产生的气孔变小,分布更加均匀,能够减少疲劳裂纹源的产生。AZ91D合金拉伸断口表现为既有解理台阶又存在细小撕裂棱及韧窝的混合断裂特征,加入1?后,合金断口的韧性断裂特征增加,有利于提高合金的室温力学性能。AZ91D合金疲劳裂纹源萌生于合金内部的气孔和夹杂处,疲劳裂纹沿晶界扩展,加入稀土后,疲劳裂纹扩展区有疲劳辉纹出现,疲劳断裂呈现出准解理和韧窝断裂的混合特征。     

焊接热循环峰值温度对2.25Cr1Mo0.25V钢断口形貌的影响

采用焊接热模拟方法、金相分析和扫描电镜试验,研究了不同峰值温度对2.25Cr1Mo0.25V钢焊接热影响区显微组织及断口形貌的影响。结果表明,峰值温度分别为750与850℃时,断口形貌为韧窝断裂。峰值温度为1000℃时,韧窝数量更多且分布均匀。峰值温度分别为1200与1320℃时,断口形貌为解理断裂。断裂方式从韧窝型变为解理型。     

钛合金BT9低周疲劳变形结构的研究

在室温下对钛合金BT-9单轴拉压及多轴非比例载荷的低周疲劳试验后．利用扫描电镜及透射电镜对材料的疲劳变形结构进行观测。结果表明：在单轴加载条件下,断口的形貌为韧窝。在非比例加载条件下,断口的形貌为准解理断裂和解理断裂。随着非比例载荷程度（相位角）的增大,断口的形貌由蜂窝状韧窝向河流花样的解理断裂形貌方向发展。     

典型化工钛材TA2的低温冲击性能

研究了低温范围内(20~-190℃)TA2合金的冲击性能。结果发现,TA2合金在试验温度区间内的断裂为韧性断裂。在温度为-50~-100℃范围内,TA2的冲击功最低,但随着温度区间往两侧延伸,其冲击功呈现明显的升高趋势。在室温至-190℃区间范围内,TA2合金的断口组织中韧性断裂痕迹明显,有清晰的剪切唇,且断口面的断裂纤维非常粗糙并形成韧窝,为韧性断裂。     

非调质钢YG1401的冲击韧性和断口形貌探讨

通过采用示波冲击试验机对贝氏体非调质钢YG1401进行系列温度冲击试验,并采用体式显微镜和扫描电镜对断口宏观形貌及微观扩展形貌进行观察,结合示波冲击试验所测的裂纹起裂功及裂纹扩展功研究该材料从24～-80 ℃的冲击断口形貌变化规律。结果表明：该材料的DBTT为-12 ℃。试验材料在24～-10 ℃区间冲击时,材料代表高韧性的裂纹稳定扩展区面积最大。在-30 ℃冲击时,裂纹稳定扩展区面积急剧下降。随着冲击温度的进一步下降,裂纹稳定扩展区面积不断下降。24～-10 ℃区间内冲击断口形貌表现为由密集细小韧窝组成的粗大的撕裂棱和塑性变形量较大的二次解理组成的混合断裂形貌,随着温度的进一步降低,断口放射区形貌为细小撕裂棱和一次解理为主的混合断裂形貌。     

预热温度对12Cr10Co3W2Mo耐热钢焊接冷裂纹敏感性的影响

采用插销试验进行了12Cr10Co3W2Mo耐热钢在室温以及预热100,200和300℃条件下焊接接头粗晶区临界断裂应力试验研究,测试了热影响区最高硬度,观察了粗晶区微观组织,并对插销试样断口进行了扫描电镜观察.结果表明,随着预热温度升高,临界断裂应力呈线性增加趋势;热影响区最高硬度出现在粗晶区,该区域组织为板条马氏体,随着预热温度升高,粗晶区硬度呈小幅下降趋势;在各预热温度下,插销试样起裂区断口均呈解理+准解理氢致开裂特征,随着预热温度提高,氢致开裂的断口特征逐步消失.     

Q345钢热处理组织与性能研究

对Q345钢板进行热处理,研究了淬火温度和回火温度对Q345钢显微组织、室温拉伸和冲击性能的影响。结果表明,热轧态Q345钢板的组织为铁素体和珠光体,晶粒大小不一、形状不规则,同时还含有少量混晶组织;随着回火温度的升高,Q345钢的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率都呈先增加而后降低趋势;当900℃淬火+600℃回火时,Q345钢具有较好的综合力学性能。回火温度为200~680℃时,Q345钢的拉伸断口表现为韧性断裂特征;低温下回火(≤400℃),冲击断口表现为解理和准解理断裂特征,在600℃和680℃较高温度回火后,冲击断口为韧性断裂特征。     

低温下X70大变形管线钢的冲击韧性和断口特征

通过夏比V型缺口冲击试验研究X70大变形管线钢20℃至-100℃的低温韧性,采用扫描电镜观察断口形貌并分析其断裂特征,讨论冲击温度、断口分离、分层裂缝等对管材低温韧性的影响,以及断口分离的影响因素。结果表明:随着冲击温度降低,纵向管材的冲击吸收能量没有明显减小,横向管材的冲击吸收能量以9%降速逐渐减小,-100℃时管材并没有发生脆性转变;随着温度降低而形成管材断口分离并趋于严重;断口起裂区和纤维区的微观形貌较为相似,以韧窝断裂为主,而放射区的微观形貌差异较大,温度低于-40℃时,放射区呈韧窝、滑移分离、解理断裂交互出现的混合型断裂特征;断口分离的主要影响因素是冲击温度和试样缺口方向,-40℃为管材冲击吸收能量转变和断口分离现象产生的临界温度点。     

一种单晶高温合金的冲击断裂机制研究

模拟了单晶叶片实心和空心结构,制备了单层壁和双层壁的单晶高温合金冲击试样,研究了在600℃、700℃、760℃、800℃、850℃、900℃下的冲击断裂机制。研究结果表明,不同温度单晶高温合金的冲击断裂机制均为类解理断裂,断口上存在解理台阶,滑移带,河流状花样等特征。在试验中温范围内,随着温度增加,冲击断口形貌无明显的变化。裂纹开始沿大解理面扩展,最后断裂区存在大量解理台阶。解理台阶与单晶高温合金中温疲劳断口上的台阶相似,但不同是随着裂纹的扩展,台阶的间距逐渐减小。不同温度冲击断裂试样组织分析表明,γ′相立方状形貌没有变化,靠近断口处存在大量的滑移带。     

精铸Ti-Al-Zr合金的显微组织和力学性能

用陶瓷型壳浇注了Ti Al Zr合金 ,研究了精铸Ti Al Zr合金的相组成、铸造显微组织、室温和高温力学性能及断口形貌。结果显示 ,精铸Ti Al Zr合金属于近α型 ,其铸态组织为网篮状魏氏组织 ,具有较好的室温和高温性能。Ti Al Zr合金的室温力学性能为 :抗拉强度 1 0 57.5MPa ,屈服强度 995MPa ,延伸率 1 8.45% ;50 0℃时的力学性能为 :抗拉强度 658.7MPa ,屈服强度 538.9MPa ,延伸率 1 6.5%。该合金室温断口以延性断裂为主 ,伴有部分解理断裂 ,而高温拉伸断口为延性断裂。