高撕裂阻力金属延性断裂韧度测试方法探讨

讨论现行J积分测试方法在测定高撕裂阻力(dJ/da)金属延性断裂韧度JIC时所遇到的困难,结合工业金属冶金组织特性分析裂纹试样受力后的钝化、启裂及裂纹稳态扩展过程,并给出此类材料的JIC测试方法.研究指出,裂纹启裂过程是一个由塑性变形为主导的裂纹顶端伸张变形和裂尖钝化向微孔型断裂过渡的过程;开裂点实际上是在漫长的裂纹前沿上大部分地方完成这一过渡,裂尖伸张区(stretched zone, SZ)达到饱和,微孔开裂机制开始占据主导地位的标志.采用直线和幂函数形式拟合启裂后的J-Δa关系,以及采用幂函数形式拟合启裂前与启裂后全过程的J-Δa关系均可得到很相近的相关性,且在一定程度上,后者显得更合理.     

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.     

疲劳对金属塑性变形及延性断裂过程的影响

通过慢速拉伸曲线,研究金属的塑性变形过程和延性过程中细微的变化,以及疲劳对它们的影响。在对金属材料做静拉伸试验时,在一般速率拉伸和在慢速拉伸下,所得到的拉伸曲线的表现是不同的。比较了拉伸速率10mm/min和0.2mm/min的拉伸曲线,在弹性变形范围内,2种速率下的曲线基本上是一样的;在塑性变形阶段,慢速拉伸曲线将随着载荷的增加,曲线逐渐变粗,当通过最大载荷点1段后,曲线变到最粗,然后变成1条线;在断裂阶段,曲线出现间断卸载的叉枝,直到断裂。     

POP-IN效应对材料断裂韧度的影响及评价

裂纹尖端张开位移占是衡量材料断裂韧度的一个重要参量，但在进行C3DD（crack tip opening displacement）试验时，F-V曲线上通常会出现瞬间的载荷迅速下降、位移增加很小的“突进”现象，俗称“POP-IN”，它的出现对确定CTOD值产生很大影响，进而影响到材料断裂韧度评价的准确性。针对这一问题，文中依据BS7448 PartⅡ中的有关评定标准，结合EH36钢埋弧焊接头CTOD试验，分别对均质、非均质材料中存在POP-IN现象时如何正确评定进行论述，力网为合理取舍POP-IN效应、准确评价材料断裂韧度提供依据。     

判定延性材料断裂行为和裂尖约束的无因次参量R

从应变能密度概念出发,运用无因次参量Ｒ讨论了裂尖附近处元素的三轴应力状态和裂尖约束程度。利用参量Ｒ估计了大尺寸三点弯曲试样在不同裂纹长度下的断裂行为,根据Ｒ的大小可以判定具有较好延性的材料是忙属于剪切断裂还是解理断裂,利用无因次参量Ｒ对判定延性材料的断裂行为和裂尖约束程度具有普遍意义。本文提出的方法简单、实用,在工程上有使用价值。     

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.     

金属延性断裂过程仿真与损伤破坏准则应用

在均质材料损伤破坏准则的理论应用研究基础上,对典型金属构件的非线性载荷—位移响应及其延性断裂过程进行数值仿真研究,发现常规工程数值计算中应用材料应力应变的单一曲线假设模拟构件非线性响应存在较大误差。为提高数值模拟精度,提出复杂应力状态下材料屈服以及非线性应力—应变曲线的理论修正项及其表达式。应用Wilkins延性损伤断裂准则,在Abaqus系统实现算法软件编程的基础上,对不同圆弧缺口及两类带孔板铝合金构件的延性断裂过程进行非线性有限元数值仿真,获得与试验结果吻合良好的应用结论。     

管线钢断裂韧度测试实验研究进展

随着管道钢强度和韧度的增加,表征材料断裂韧度的参数也在变化,同时断裂韧度测试技术也得到了不断的发展。本文介绍了几种测试材料断裂韧度的小试件实验以及存在的问题。重点介绍了一种准静态测试CTOA的小试件,以及测量CTOA的实验方法,为天然气管道止裂研究提供帮助。     

延性断裂韧度JIC测试中的钝化线方程

钝化线是描述裂纹试样在钝化过程中J积分与伸张区宽度（stretch zone width，SZW）间关系的一条直线，在J积分测试中，有效数据区的左右界限线以及确定延性断裂韧度JIC的偏置线都是建立在钝化线基础上的，因而钝化线在J积分测试中至关重要。通过对裂尖钝化过程的分析，基于D—B模型和J积分的路径无关性原理推导出一种钝化线方程。与现行标准中的钝化线相比，此方程与试验结果吻合得更好。     

不同强韧性组配的16Mn钢焊接接头的断裂性能和裂行为

对16Mn钢不同组配焊接接头的断裂性能和断裂行为进行了试验研究。认为在高应力塑性断裂和高应力脆性断裂状态下,16Mn钢接头的断裂强度为焊缝强度和接头各部分塑性变形能力所决定,提高焊缝强度以及提高焊缝和母材的塑性均有利于提高接头的抗断裂能力;在低应力脆性断裂状态下,接头的抗断裂性能是可以根据焊缝的低温冲击韧度进行评价的。焊接接头各部分塑性变形能力及其相互关系对焊接接头的断裂行为具有不可忽视的影响,是评价接头断裂性能的重要依据。     

管道钢断裂韧性尺寸效应的研究

断裂韧性作为评估管道结构完整性的一个重要参数,对其进行尺寸效应研究具有重要的科学意义和工程价值。当前对金属材料断裂韧性尺寸效应的研究主要集中于线弹性断裂参数应力强度因子K,且大多仅考虑试件厚度的影响。为建立试件尺寸对高强度高韧性管道钢材料断裂韧性的系统影响规律,基于Gurson-Tvergaard-Needelman (GTN)模型对单边切口梁(SENB)试件三维断裂过程进行模拟,选用裂纹尖端张开位移(CTOD)与裂纹尖端张开角(CTOA)对其断裂韧性进行表征,分析两者沿试件厚度的分布规律,并研究裂纹深度与试件厚度对其影响。同时选取应力三轴度对试件约束水平进行评估,以此解释断裂韧性尺寸效应存在的原因。研究结果表明:断裂韧性在试件厚度方向一定范围内基本保持不变,在自由表面处取得最大值;裂纹深度对断裂韧性几乎没有影响,而试件厚度越大,断裂韧性越低,且临界CTOA比临界CTOD更能反映断裂韧性的变化规律。     

精铸热锻模具钢的强韧性与早期脆断

通过精铸热锻模的应用及对失效形式、工况条件的分析和性能测试，探讨精铸热锻模具钢的强韧性与早期脆断的关系。结果表明，精铸热锻模早期脆性断裂往往是由于热处理不当和操作不合乎要求引发的内应力与显微裂纹等所致，精铸热锻模具钢低的冲击韧度不是导致早期脆性断裂的根本原因，通过材料和工艺的改进，精铸热锻模早期脆性断裂是可以避免的。     

韧性材料断裂形式与J准则存在的问题

受材料特性不同与应力状态形式不同的影响,韧性材料可发生准解理断裂、孔洞正拉断、孔洞剪断和无孔洞影响的剪断等多种断裂形式,不同的断裂形式,材料中危险点位置与宏观断裂面方向则不同,相应的细观断裂机理、宏观断裂条件也有区分.J-积分理论没有区分材料不同断裂形式,将其用于金属材料一些复合型断裂试验结果时有较大误差.利用细观力学对材料断裂机理的分析,结合几种金属材料在不同应力状态下的断裂试验结果,对J准则存在的基本问题进行讨论,并对材料不同断裂形式的主要影响因素进行分析.     

宝钢宽厚板断裂韧度试验若干问题的研究对策

概述宝钢在开展宽厚板断裂韧度试验过程中所面临的若干问题及研究对策.主要包括单试样柔度法测定JIC与CTOD指标的试验方法;开发和设计针对大尺寸宽厚板试样的JId试验手段,以满足平面应变断裂的有效性判据;针对高韧性厚钢板落锤撕裂试验(drop weight tear test,DWTT)试验容易出现无效异常断口的现象,文中初步分析试样缺口类型对异常断口的影响.     

31Si2MnCrMoVE钢薄板试样表面裂纹断裂韧度测试

31Si2MnCrMoVE钢是为符合固体火箭发动机壳体设计需要而专门研制的超高强度钢。随着冶炼技术的进步,31Si2MnCrMoVE钢断裂韧度不断提高,构件采用的板厚也越来越薄。由于较高的断裂韧度和较小的板厚,给钢板表面裂纹断裂韧度测试带来困难,韧带尺寸偏小,难以满足有效性判据。这种情况下,不应该用线弹性断裂力学方法评价材料的断裂韧度,而应采用弹塑性断裂力学测试材料的延性断裂韧度JIC。基于以上原因,在条件断裂韧度不满足有效性判据的情况下,采用试验与有限元分析相结合的方法,通过试验测出裂纹启裂时的条件载荷,用有限元法计算出在条件载荷作用下的延性断裂韧度JIC,再用断裂力学理论转换成表面裂纹断裂韧度KIe。用JIC作为断裂参量,就必须分析J积分的有效性,因此讨论超高强度钢表面裂纹前缘的J守恒和J主导的有效性,从而为固体火箭发动机设计提供依据。     

影响冷挤压强化效果的因素

冷挤压技术是延长结构疲劳寿命最有效的措施之一,而挤压强化效果受许多因素影响。通过对带裂纹试件的挤压、二次挤压及挤压时机对挤压效果影响的研究,得出结论：①当试件使用到其寿命的0％－40％时间段内,实施冷挤压能得到最佳延寿效果。②二次挤压能进一步提高试件的寿命。③试件上带有小裂纺（长工小于1．25毫米）对延寿效果无影响。     

A533B-1钢韧脆转变区断裂韧度预测的约束评估法

分析A533B-1压力容器钢韧脆转变温度区的断裂韧度、温度以及裂纹尖端约束效应之间的关系.根据实验数据,给出从浅裂纹到深裂纹,不同裂纹长度时单边裂纹弯曲试件(single edge notched bend specimens)的主曲线(mastercurve).用有限元分析相应试件裂纹尖端区域的应力场,采用J-A2双参数方法对裂纹尖端的三轴约束水平进行评估,并给出约束参数A2与主曲线参考温度T0之间的关系.由此,建立A533B-1钢断裂韧度KJC与温度T和约束参数A2之间的关系.为利用实验室数据对工程中不同裂纹构件的断裂评估提供一种经济、可行的方法.     

新型转子钢FW2高温断裂韧性实验研究

对新型转子钢FW2使用多试样法、规则化法和弹性卸载柔度法进行630℃高温断裂韧性测试,其中使用多试样法和规则化法均得到有效高温断裂韧性试验结果,对两组试验结果比较可知:规则化法获取的J-R阻力曲线位于多试样法拟合曲线的±99.7％置信区间内,规则化法获取的断裂韧性特征值J0.2BL低于多试样法特征值J0.2BL,位于多...