马氏体与铁素体双相低碳钢形变与断裂过程的观察

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.     

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.     

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。     

双相钢断裂特性的研究

本文研究了双相钢的断裂特性。用缺口试棒四点弯曲试验法测定了双相钢的解理断裂应力σ_f;根据解理断裂温度下断口形貌、微裂纹萌生和扩展以及显微组织的观察结果,得出了双相钢的裂纹扩展途径;根据σ_f与开裂单元的测定结果,并考虑到微裂纹的形状对解理断裂应力的影响,计算了双相钢的有效表面能。提出了双相钢解理断裂的应力扩展控制模型,并得出了σ_f=(0.33 19.33-c~(·1/2))kgf/mm~2的回归关系式。提高双相钢解理断裂应力的途径是:降低铁素体的晶粒尺寸,尽可能使马氏体岛细化,分布均匀和增加马氏体岛中板条马氏体的比例。     

A STUDY OF FRACTURE CHARACTERISTICS OF DUAL PHASE STEEL

本文研究了双相钢的断裂特性。用缺口试棒四点弯曲试验法测定了双相钢的解理断裂应力σ_f;根据解理断裂温度下断口形貌、微裂纹萌生和扩展以及显微组织的观察结果,得出了双相钢的裂纹扩展途径;根据σ_f与开裂单元的测定结果,并考虑到微裂纹的形状对解理断裂应力的影响,计算了双相钢的有效表面能。提出了双相钢解理断裂的应力扩展控制模型,并得出了σ_f=(0.33+19.33-c~(·1/2))kgf/mm~2的回归关系式。提高双相钢解理断裂应力的途径是:降低铁素体的晶粒尺寸,尽可能使马氏体岛细化,分布均匀和增加马氏体岛中板条马氏体的比例。     

高马氏体含量双相钢组织及变形研究

采用不同的两相区温度保温和盐水淬火处理,在实验室条件下得到不同马氏体含量的含钒双相钢。利用扫描电子显微镜对不同马氏体含量的试样的断口和断口侧面分析,发现在高马氏体含量下,双相钢变形和断裂与马氏体含量和组织形态有关,且其均匀变形阶段的应变硬化指数n值及应变硬化速率也会随着马氏体含量的增加而显著升高。而加入钒,其碳化物弥散分布在铁素体中,增强了双相钢的应变硬化能力,提高了双相钢的力学性能。     

双相钢的成形与断裂极限性能分析

为分析双相钢的变形与断裂行为、评估其成形性能,以典型双相钢DP780和DP600为研究对象,采用实验与计算方法得到了两种双相钢材料的成形极限曲线和断裂极限曲线,通过观测不同应变路径状态下试样的断裂形态,分析材料成形极限与断裂极限曲线,并与传统低合金高强钢比较,研究了双相钢材料不同应变路径下的变形特性。结果表明:随着应变路径状态由单向拉伸向双向拉伸变化,双相钢的断裂主应变逐渐降低,且在断裂前会有明显的颈缩阶段,而当应变路径为双向等拉状态时,材料在断裂前无颈缩特征出现,表现为脆性断裂,这与传统低合金高强钢不同,双相钢的这一特性应主要由双相钢的铁素体和马氏体软硬两相组织决定。     

形变强化对车用超高强钢型材力学性能的影响

以1 000MPa级车用马氏体超高强度钢为研究对象,将其板材折弯为帽形型材,对各部位试样和原始板料做静态拉伸实验以及金相实验,并进行试件断口的扫描电镜分析。拉伸实验表明,弯角部分试样的屈服强度和抗拉强度均高于母材,并具有一定的脆性断裂特征;金相照片显示,弯角处的晶粒被拉长,产生了明显的塑性变形;断口的扫描电镜实验观察到,平板试样断口属于韧性断裂,而弯角处断口属于准解理断裂;研究结果表明,塑性加工造成的形变强化,极大增加了型材脆性断裂的危险性。     

考虑几何必需位错非均匀分布的双相钢细观力学行为模拟

铁素体(F)-马氏体(M)双相钢在生产过程中由马氏体相变造成的铁素体内部的几何必需位错(GND)会保留在最终的材料组织中,而由GND非均匀分布导致的材料局部硬化效应使得铁素体晶粒内部的性能分布同样呈现非均匀特性.为了量化GND局部硬化效应对双相钢力学性能的影响,本文通过电子背散射衍射(EBSD)实验测定与数据分析确定了储存在双相钢微观组织中的GND分布特征,并进行了参数化处理.使用微观组织重构算法构建了具有F-M和F-F硬化层的双相钢代表性体积单元(RVE)模型,并对双相钢在拉伸变形下的细观力学行为进行了模拟,模拟结果显示的组织变形特征及得到的整体应力-应变曲线与实验结果基本相符.     

EH36钢埋弧焊接头焊缝金属不均匀性对断裂行为的影响

为研究EH36钢埋弧焊焊缝金属组织不均匀性对裂纹起裂行为的影响，采用微小力学试验系统，对EH36钢埋弧焊焊缝中两种不同取向试样进行微拉伸试验，并对两组试样裂纹萌生机理进行显微观察. 结果表明,两组试样塑性变形均集中在先共析铁素体上，且先共析铁素体上应变分布不均匀；横向加载试样为微孔聚集型断裂，由于“弱”应力奇异性的存在，裂纹在应变集中作用下起源于三叉晶界；纵向加载试样变形集中在先共析铁素体与针状铁素体界面处并导致界面剥离生成裂纹，断口具有局部脆性的特征.     

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.     

超高强马氏体钢抗氢致延迟开裂性能的研究

超高强马氏体钢易氢致开裂。通过渗氢试验、热脱附试验及动态低应变速率拉伸试验等,研究了具有不同组织的冷轧马氏体钢1号、2号试样的抗氢致延迟开裂性能。1号试样组织为马氏体+铁素体+渗碳体,平均晶粒尺寸为7.0μm; 2号试样组织为回火马氏体+渗碳体,平均晶粒尺寸为6.1μm。结果表明：1号试样的表观扩散系数D_ap为7.081×10^-7 cm²/s, 2号试样的为4.670×10^-7cm²/s; 1号试样的可扩散氢含量为0.192 3μg/g,明显小于2号试样的0.260 5μg/g; 2号试样对氢的敏感性大于1号试样;随着充氢电流密度的提高,拉伸试验时1号试样从韧性断裂变为准解理断裂,2号试样则从韧脆性断裂变为穿晶脆性断裂;与1号试样相比,2号试样的氢表观扩散系数和可扩散氢含量均更大;对于超高强钢,除了有效氢陷阱外,减小局部应力也能显著改善抗氢致延迟开裂性能。     

深冷轧制对稀土Ce改性SAF2507超级双相不锈钢组织和性能的影响

对稀土Ce改性SAF 2507超级双相不锈钢试样进行变形量为30%～90%的深冷轧制,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)及微拉伸实验等方法研究了不同变形量下超级双相不锈钢微观组织及力学性能的变化规律。结果表明:在深冷轧制变形过程中,超级双相不锈钢中的铁素体组织内出现了大量位错,随着变形量的增加,位错密度显著增加的同时形成数量众多的位错缠结、位错胞乃至亚晶,相应的晶粒尺寸细化至纳米量级;奥氏体组织内出现大量形变孪晶,同时发生了形变诱导马氏体转变,且马氏体体积分数随着变形量的增加而显著增加;铁素体和奥氏体组织在大应变的作用下沿变形方向被不断拉长,逐渐形成纤维组织;相应的强度指标显著增加的同时塑性指标则明显降低。拉伸断口形貌也由典型的韧性断裂(深冷变形前)向韧性-准解理混合型断裂(深冷变形后)转变。     

双相区轧制对铁素体/马氏体双相钢组织性能的影响

采用双相区(α+γ)轧制及双相区短时保温处理相结合的方式,制备了一种高强高韧性低碳低合金铁素体/马氏体双相钢,并采用SEM、室温拉伸试验和维氏硬度检测等手段研究了不同轧制工艺对铁素体/马氏体双相钢组织和性能的影响。结果表明:相对于普通的连续轧制工艺,等温轧制和道次之间短时保温处理相结合的工艺对铁素体/马氏体双相钢的相比例、形貌和尺寸有重要影响。等温轧制及短时保温处理的双相钢的组织明显细化,马氏体相比例增加,组织均匀性显著改善,屈服强度提升了34%,达到1229 MPa,屈强比高达0.78,断口为韧性断口特征,呈细小韧窝状,具有良好的综合力学性能。     

温度对P92耐热钢高温水中应力腐蚀开裂行为的影响

在高温水环境中采用线性伏安法和慢拉伸试验法,分别研究了温度对国产P92钢点蚀形核及应力腐蚀开裂的影响规律。线性伏安法结果表明:随着温度的提高,P92钢在水中的耐腐蚀性能逐渐降低,晶界处点蚀形核数增多;慢拉伸试验结果表明,P92钢在试验条件下具有应力腐蚀开裂敏感性和动态应变时效(DSA)倾向,且随温度升高增强。通过扫描电镜(SEM)对试样断口截面及侧面形貌进行分析,结果表明随着温度的升高,断口侧面应力腐蚀裂纹以沿晶形式向内扩展,断口边缘呈明显脆性断裂特征。     

DP600双相钢高温塑性失效研究

采用热模拟拉伸试验研究了DP600双相钢的高温塑性。分析在700~1200℃下DP600钢热拉伸后的微观组织。结果表明:900~1200℃钢中奥氏体的动态再结晶能有效提高其高温塑性,断口为延性断裂。在900~1200℃以下组织显示奥氏体晶界处析出薄膜状先共析铁素体造成应力集中,导致在晶界处发生断裂,在800℃时塑性降低至谷底。在700~750℃由于块状铁素体大量析出,导致形变均匀塑性得到快速回升。断口附近金相组织中发现孔洞和裂纹,并且均沿着铁素体晶界存在。由于铁素体强度较低,当铁素体量较少时,应变集中在铁素体内部,微孔的形成以及晶界的分离首先从铁素体内部开始。     

QT400-18铸态高韧性球墨铸铁拉伸断口特征与断裂机理

通过对QT400-18铸态高韧性拉伸断口特征及断裂机理的分析,发现伸长率超过20%时,试样断口具有韧性断裂的微观特征,在断口上留下较大、较深的韧窝,甚至有撕裂带.而伸长率为15%～16%时,试样断口具有混合型断裂的微观特征,在尖角处易形成微裂纹源,受外力作用时,裂纹源迅速扩展,造成局部穿晶断裂;同时由于铁素体含量减少,珠光体含量增多,基体塑性变形相对较差,在试样断口上留下大量较浅的韧窝.     

等离子淬火对PCrNi3Mo钢拉伸性能的影响

为提高PCrNi3Mo钢的抗拉伸性能,采用等离子表面淬火技术对其进行表面处理。使用MTS拉伸试验机对PCrNi3Mo钢等离子淬火前后的拉伸性能进行对比分析,并对其在相同应变速率下得到的应力—应变曲线进行比较;使用X射线衍射仪对PCrNi3Mo炮钢表面的残余应力进行检测,使用光学显微镜观察其淬火后硬化区域的组织与形貌。结果表明:等离子淬火后PCrNi3Mo钢拉伸试样的屈服强度、拉伸强度比原始试样分别提高了27.3%和28.6%,断面收缩率、断后伸长率则下降了76.4%和69.4%;原始PCrNi3Mo钢试样断口处有明显的颈缩现象,为韧性断裂,而淬火试样韧性有明显提高但塑性变形能力下降;试样经过等离子淬火后表面由拉应力(496.9 MPa)转变为压应力(-942.2 MPa);淬火试样断面形成月牙形硬化带,月牙内部细密的马氏体组织代替了机体粗大的铁素体组织;淬火后形成的硬化层越深,炮钢材料抗拉强度越高。     

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。     

不锈钢Ⅱ型试样的应力腐蚀和氢致开裂

研究了奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)Ⅱ型试样的应力腐蚀和氢致开裂。实验表明,该试样在沸腾MgCl_2溶液中能产生应力腐蚀,裂纹形核门槛值为K_(ⅡSCC)/K_(ⅢX)=0.16。但裂纹并不在缺口面的最大剪应力处(θ=80°)形核,而是在最大正应力处(θ=-110°)形核,并指向正应力的法线方向。该试样动态充氢时能发生氢致开裂,其门槛值K_(ⅡH)/K_(ⅡX)=0.59,远比应力腐蚀的值要高,当K_Ⅱ较高时,氢致裂纹在最大剪应力处形核。当K_Ⅱ较低时,则在最大三向应力处(θ=-110°)形核。应力腐蚀是解理断口,且与K_Ⅱ无关。而氢致开裂断口则与K_Ⅱ有关,K_Ⅱ较高时是分布有二次裂纹的剪切韧窝断口,K_Ⅱ较低时则是准解理断口。