DEFORMATION AND FRACTURE BEHAVIOUR OF LOW CARBON MARTENSITE-FERRITE DUAL-PHASE STEEL

利用扫描电镜及其动态拉伸装置,对具有板条马氏体和铁素体双相钢组织的断裂过程进行了研究.结果表明,在拉伸应力作用下,裂纹在马氏体与铁素体界面及不同马氏体取向界面处成核,或者由于马氏体板条的断裂而产生.断裂系主裂纹钝化和微裂纹长大,最后沿强烈剪切形变带迅速连接所致.其微观形态为塑坑断口,属延性断裂机制.     

显微组织对SA508 Gr.3钢断裂方式的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射等手段研究了具有铁素体+贝氏体、粒状贝氏体、板条贝氏体+马氏体和板条马氏体4种显微组织的核电压力容器用SA508 Gr.3钢的低温(-196℃)冲击吸收能量和二次裂纹扩展行为。结果表明:低温冲击吸收能量随实验钢中硬相增多而升高。铁素体+贝氏体混合组织的实验钢中,裂纹大多在晶界形核,二次裂纹数量较少,但易于扩展;粒状贝氏体组织的实验钢因含有大量的马氏体/奥氏体岛,能提供大量的形核位置,致使二次裂纹呈现多而短的特征;裂纹在板条贝氏体组织中比在马氏体中更容易扩展,这是因为高密度的大角度界面能有效阻止裂纹扩展,故板条马氏体组织实验钢的冲击性能最好。     

800MPa级DP钢冲压成形及裂纹扩展机理

通过冲压弯曲试验研究800MPa级DP钢的极限拉伸,采用扫描电子显微镜观察分析钢板的微观组织及动态拉伸过程,探讨其微观组织与其稳机理的关系。结果表明,DP800钢断口为剪切型断裂。凸模圆角半径较小时,拉深弯曲断裂是由于折弯角过小而在凸模圆角处折弯断裂;凸模圆角半径较大时,冲压弯曲断裂由于受到板料延伸率的限制,在材料流动受限的凹模圆角附近断裂。DP800的断口均分布着大量韧窝的韧性断裂,其裂纹扩展机理是微裂纹,主要产生于铁素体或马氏体/铁素体相界面,主裂纹沿两相界面或贯穿铁素体而继续扩展。     

铝硅镀层钢激光填丝焊接接头组织和性能

对铝硅镀层热成形钢进行激光填丝焊接试验,研究填充焊丝对焊接接头显微组织、力学性能及拉伸失效机制的影响. 结果表明,在激光自熔焊条件下,焊缝中平均Al元素含量为1.90%(质量分数),显微组织为马氏体和粗大的δ铁素体,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别为1 340 MPa和1.80%,因δ铁素体与马氏体之间存在显著的硬度差(142 HV),拉伸时裂纹源于δ铁素体和马氏体之间的相界面. 在激光填丝焊条件下,焊缝平均Al元素含量降低至0.96%,由于填充焊丝对铝的稀释作用使得焊缝为全马氏体组织,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别提升至1 510 MPa和4.4%. 因填充焊丝同时对焊缝中的碳也有稀释作用,焊缝中马氏体硬度(491 HV)低于母材中马氏体(523 HV),拉伸时裂纹于马氏体内部萌生并扩展,最终断裂于焊缝.     

汽车底盘用DP780双相钢拉弯成形与断裂微观特征研究

对汽车底盘用DP780双相钢进行了拉弯成形性能测试,分析了金相组织和相含量,研究了拉弯比对断裂模式和断口形貌的影响。结果表明,随着凸模圆角半径的增加,拉弯比先增加而后保持不变,断裂方式从剪切断裂转变为颈缩断裂;钢中不同区域的铁素体和马氏体形态的差异性不大,且铁素体的体积分数高于马氏体的体积分数;颈缩断裂方式下的裂纹扩展主要是沿着马氏体和铁素体相界面扩展。     

石油输送管道用2CR13钢在服役过程中的变形、断裂分析

利用光学和扫描电子显微镜观察2CR13管线钢在冲击载荷下变形以及断裂的过程,分析了石油输送管道用2CR13管线钢在服役过程中的变形及断裂行为。研究表明:在该材料的变形过程中,由于管线钢是由马氏体和铁素体组成的材料,铁素体强度低,而马氏体强度高,所以变形首先会在铁素体中进行,随着变形量的增加,应力不断增加,材料在微观组织中会出现明显的沿着力的方向分布、进而扩展到马氏体的裂纹。裂纹的扩展与所受的应力大小有很大关系。最终,在2CR13变形的整个过程中,将会观察到3种裂纹方式:夹杂物断裂、相界面断裂和马氏体基体断裂。     

板条马氏体钢的断裂韧性与缺口韧性拉伸塑性的关系

研究了超高强度板条马氏体钢的平面应变断裂的韧性与缺口韧性,拉伸塑性之间的关系,实验结果表明,断裂韧性受控于裂尖前沿很小范围内（１－２倍临界裂纹张开位移δｃ）显微组织的微观塑性,钝缺口韧性,拉伸塑性则受控于奥氏体晶粒尺寸或板条束直径,特征距离与裂纹尖端钝化所产生的有效变形区尺寸（２δｃ）相对应,并提出的断裂性与缺口韧性,拉伸塑性的关系取决于尖裂纹前沿有效变形区尺寸（２δｃ）与原奥氏体晶粒尺寸（ｄｒ）     

铁素体含量与回火温度对HSLA钢组织性能的影响

研究了不同铁素体含量与回火温度对HSLA钢组织与力学性能的影响。结果表明:热轧HSLA钢从810～900℃淬火后组织为马氏体和37%～0%铁素体,且随淬火温度升高,铁素体晶粒尺寸减小,可动位错密度增加;高温回火后板条马氏体分解严重,位错密度降低并有大量碳化物析出;铁素体含量增加使屈服强度和抗拉强度降低,其中抗拉强度在450℃回火后下降约200 MPa,而屈服强度随回火温度的变化趋势决定于铁素体含量;180℃回火后铁素体与马氏体间的强度差使铁素体对拉伸性能和冲击性能表现出不同的断裂机理;450℃回火后铁素体与马氏体能够协调变形,伸长率与冲击吸收能量均随铁素体含量增加而提高。此外,均匀的马氏体有利于提高试验钢的低温韧性,其-40℃冲击吸收能量119 J。     

超高强度铁基内生复合板的裂纹敏感性

用半椭圆表面裂纹试样单轴拉伸研究了塑性变形诱发Cr-Mo-V铁基内生复合板的力学行为。结果表明这种内生复合板在超高强度水平上对表面裂纹不敏感。屈服强度高于1500Mpa,裂纹相对面积达14％时,最大名义应力高于0.9σ_(0.2),断口、微观结构和透射电镜下的原位拉伸的观察分析表明,这种内生复合板的微观结构是由平行于轧面排列的加工硬化了的马氏体板条及弱化了的板条间界面构成,这种弱界面可缓解主裂纹前沿的应力,应变集中而使其强度潜力得到充分发挥。     

焊剂片约束电弧焊三明治板T形接头的组织与性能

针对三明治板激光焊接T形接头过程中的芯板与面板连接宽度不足的问题,使用一种焊剂片约束电弧焊的新工艺,对960 MPa低合金高强钢三明治板T形接头进行焊接。利用高速摄像技术研究了电弧燃烧形态和熔滴的变化过程,并通过焊接接头显微组织分析、硬度测试、微区拉伸试验和T形接头轴向拉伸试验,研究了T形接头的组织与力学性能。结果表明,在焊接过程中,焊剂片可压缩和稳定电弧,提高焊接热效率,促进熔滴过渡,可获得焊缝与芯板熔合良好的T形接头。焊接接头热影响区粗晶粒区微观组织为粗大的板条马氏体和块状铁素体,热影响区细晶粒区为细小的板条马氏体和粒状贝氏体,焊缝组织主要为沿原奥氏体晶界分布的针状和块状铁素体。T形接头硬度分布不均匀,平均硬度的大小分布为热影响区母材区焊缝区。在接头微区拉伸试验中,焊缝区是接头力学性能最薄弱的区域。T形接头拉伸试验时,裂纹首先在熔合线处产生并向焊缝区扩展,最后在焊缝区断裂,断口呈韧性断裂特征。     

冷轧DP980电阻点焊接头断裂模式特征与组织分析

采用中频逆变点焊机对1. 2 mm厚冷轧DP980进行电阻点焊试验,确定球形电极下焊点的断裂模式,对不同断裂模式下的熔核直径、剪切力、破坏能量及断裂位移等参数进行表征。此外,针对典型熔核组织和显微硬度进行分析。结果表明,球形电极下焊点断裂模式表现为界面断裂和熔核拔出两种。两种断裂模式下,熔核处组织均为板条马氏体+孪晶马氏体,在热影响区中存在软化区域,该组织为回火马氏体+铁素体。界面断裂模式下,熔核直径、剪切力及断裂位移均呈现为数值较小的特点,破坏能量随焊接电流的增加呈快速增长的特征。熔核拔出模式下,熔核直径、剪切力和断裂位移均呈现为数值较大的特点,破坏能量随焊接电流的增加呈稳定状态。     

带状组织对铁素体-马氏体钢拉伸断裂行为的影响

利用单轴拉伸仪、金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等研究对比了两种不同马氏体形态的铁素体-马氏体双相钢的拉伸性能及拉伸过程中的显微组织。结果表明:不均匀的带状组织对双相钢的各向均匀性具有显著影响,抗拉强度在轧向和纵向上相差约29 MPa,且相对于均匀马氏体具有更差的塑性。中心厚度处存在马氏体带试样的断口形态表现出与马氏体相关的非常大而深的凹坑,而马氏体均匀试样的断口具有典型的韧性断裂特性,这主要是由于马氏体分布影响了双相钢的断裂机理。含马氏体带试样中空隙的形核最初在马氏体的局部开裂(局部应变0.03),然后由铁素体-马氏体解理开始空隙形核(局部应变0.10),并且在相邻的马氏体区域分离而发生;而马氏体分布均匀的试样主要的空隙形核机制是在铁素体-马氏体界面处的解理(局部应变1.50),且沿着铁素体晶粒边界生长,在开裂的马氏体颗粒上形核的空隙较少。     

复相化钻杆在循环应力下断裂行为研究

采用疲劳试验、扫描电镜动态拉伸装置和透射电镜,研究了复相化钻杆的疲劳强度和在循环应力作用下裂纹萌生、扩展的特点,并分析讨论了显微组织对钻杆疲劳断裂行为的影响.研究结果表明：下贝氏体组织或下贝氏体/马氏体界面可使钻杆的显微断裂模式由沿晶＋穿晶断裂转变为穿晶断裂,增加了裂纹转折和二次裂纹,提高了材料的裂纹扩展抗力.在钻杆材料中引入适当比例的下贝氏体＋马氏体复相组织,明显增长了裂纹萌生周期,可使钻杆在机械性能相近情况下具有优于回火索氏体组织的疲劳性能.     

马氏体的分布对双相钢微观变形行为和力学性能的影响

通过工艺设计,对工业20钢进行了分级淬火(SQ)和临界区退火(IA)热处理,获得了马氏体体积分数相近、但马氏体分别呈离散分布和连续分布的2种双相钢.对它们的拉伸/冲击力学性能进行了表征;应用数字图像相关(DIC)方法获得双相钢的微观应变分布,并结合表面微裂纹分析,揭示了2种双相钢的不同变形断裂机制.SQ双相钢展现出较低的强度,但具有更好的塑性与冲击韧性,这源于铁素体较大变形松弛了马氏体在变形中产生的应力集中;而IA双相钢中铁素体变形受到周围马氏体的阻碍,铁素体相对小的变形不能有效松弛变形马氏体的应力,使裂纹优先在马氏体中产生,因而IA双相钢具有高强度和低塑性.     

热轧双相钢塑性变形和断裂行为的研究

文章利用SEM、TEM研究了热轧双相钢单向拉伸过程中不同变形量下的形变位错结构和断口组织特征。结果表明,双相钢中铁素体的塑性变形是由位错增殖、位错运动和交互作用、滑移带形成、位错缠结产生及其密度的增加、位错胞出现及细化等一系列演变构成;变形10%时,板条马氏体已产生塑性变形,其板条中出现形变带,并且随马氏体变形的继续,形变带不断形成和发展。变形颈缩时,双相钢中的微孔主要通过相界面结合力的丧失和马氏体断裂产生,而马氏体断裂主要出现在马氏体的尖角处。     

Ti-60钛合金电子束焊接接头高温下的失效与变形行为

在600℃拉伸条件下,Ti-60钛合金电子束焊接接头的熔合区和热影响区抗变形能力强于母材区(BM),试样断裂于母材区.在600℃持久条件下,当加载应力≤550 MPa时,接头变形以扩散控制的位错攀移为主,变形能力取决于显微组织中的板条边界密度,板条越细,边界密度越高,变形能力越大,断裂位置在接头熔合区;当加载应力接近或550 MPa(母材区屈服强度附近)时,接头的变形以位错滑移为主,断裂位置在母材区.在600℃高周疲劳条件下,疲劳裂纹易萌生于接头母材区,裂纹形核位置在试样的表面或次表面. TEM观察表明,接头母材区的变形以贯穿板条集束的位错滑移为主;而接头熔合区中的位错则局限在单个马氏体板条内部,位错运动特征为攀移及少量滑移.     

先进高强钢断裂性能研究

在铁素体-马氏体双相钢的成形过程中,因材料边裂而导致的冲废和返修是其使用的一个主要问题。本文以双相钢DP780冲压某汽车零件出现开裂为例,比较了常规拉伸和切边拉伸(试样落料后不打磨边部)的力学性能,观察了断口的组织和形貌。试验结果表明切边质量较差的试样其伸长率要比切边质量好的试样低10%左右,Mn的偏析使得马氏体组织和Mn S夹杂沿轧向呈带状分布造成了横向切边试样的伸长率要比纵向切边试样低3%左右。裂纹在双相钢中的扩展沿着马氏体-铁素体晶界或穿过马氏体,细小的呈簇状分布的马氏体颗粒增加了双相钢的裂纹敏感性,降低了材料的抗断裂性能。     

直接淬火研制800MPa级低焊接裂纹敏感性高强钢厚板

采用低碳微合金成分体系和直接淬火工艺,研制了屈服强度超过800MPa,抗拉强度超过950MPa,-40℃冲击功超过90J且焊接裂纹敏感性指数Pcm小于0.2%的40mm低焊接裂纹敏感性厚板.厚板的微观组织为厚度小于1μm贝氏体铁素体板条和沿板条界面分布的M/A组元,贝氏体板条内部有亚板条.随着终冷温度的降低,贝氏体铁素体板条变细.不同终冷温度钢板的贝氏体板条内部均存在高密度位错.试验用钢的贝氏体形核长大过程可以用扩散机制较好的解释.     

20Mn2SiVB钢在两相区加热贝氏体区等温过程中的组织与性能

采用光学显微镜、扫描电镜和x射线衍射仪对20Mn2SiVB钢在两相区加热贝氏体区等温不同时间所获得的组织形态和相结构进行了研究,并进行了拉伸试验.结果表明,20Mn2SiVB钢经760℃两相区加热后在420℃贝氏体区等温过程中,首先在奥氏体晶界析出贝氏体铁素体,随着等温时间的延长,铁素体板条增多,分割奥氏体晶粒,形成贝氏体铁素体和其板条间的富碳奥氏体小岛.所获得组织为先共析铁素体、无碳化物贝氏体、粒状贝氏体、残留奥氏体和马氏体.拉伸试验表明,在760℃加热420℃等温5 min后,试样可获得较好的综合性能,其抗拉强度σb≈970 MPa,伸长率δ6≈14.9%.     

SLM成形17-4PH不锈钢微观组织与动态断裂性能

通过激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术制备了17-4PH不锈钢,采用电子背散射衍射(electron backscattered diffraction, EBSD)和透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)等方法对沉积态和固溶态试样微观组织结构进行了分析.通过示波冲击试验确定了裂纹萌生扩展的特征阶段和动态裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线),研究了微观组织与动态断裂性能之间的关系.结果表明,沉积态试样主要由<100>择优且沿增材方向拉长的δ铁素体柱状晶、取向随机的细小马氏体,以及少量奥氏体组成,不同截面具有显著的组织各向异性;大尺寸δ铁素体柱状晶与细小晶粒的结合面作为薄弱环节,使其脆性增加,J-R曲线的撕裂模量较低,以准解理方式断裂.固溶热处理明显弱化组织各向异性,微观组织由尺寸细小、均匀的马氏体组成,其冲击吸收能量提升1倍,动态断裂韧性优良,属于韧性断裂.大尺寸δ铁素体柱状晶与周围细小马氏体晶粒界面结合较弱是沉积态17-4PH不锈钢动态断裂性能较差的主要原因.