夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度cvn和0的測(cè)定

夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度cvn和0的測(cè)定

目前，我國(guó)對(duì)鐵素鋼的無(wú)塑料變化溫度測(cè)定有規(guī)律（gbt6803-1986），對(duì)鋼鐵夏比寬度觀測(cè)試驗(yàn)方法（gbt29-1994）的附b中的韌性和變化率進(jìn)行了規(guī)定。但是,以上兩種方法都是從沖擊功和沖擊能量的角度來(lái)評(píng)價(jià)試樣發(fā)生脆性斷裂的溫度。并且所用試樣均為標(biāo)準(zhǔn)試樣,與工程實(shí)際應(yīng)用有較大差別。實(shí)際工程構(gòu)件的尺寸通常比標(biāo)準(zhǔn)試樣要大得多,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度通常比實(shí)際的要低,這對(duì)工程設(shè)計(jì)是偏危險(xiǎn)的,非常不利。針對(duì)鐵素體鋼測(cè)定某一溫度下的特征斷裂韌度是我們經(jīng)常要做的工作。但是當(dāng)鐵素體鋼呈現(xiàn)韌性斷裂時(shí),有效特征斷裂韌度值的測(cè)定是非常困難的。這是因?yàn)殍F素體鋼韌性斷裂時(shí)整個(gè)試樣會(huì)發(fā)生整體屈服,無(wú)法利用現(xiàn)有的彈塑性斷裂力學(xué)理論對(duì)其進(jìn)行有效計(jì)算。這也是斷裂力學(xué)領(lǐng)域遇到的一個(gè)共性問(wèn)題。但是,研究彈性或彈塑性力學(xué)條件(不穩(wěn)定的KJC)下解理裂紋剛剛開始時(shí)的特征斷裂韌度KJC還是切實(shí)可行的。這時(shí)的力學(xué)條件完全滿足彈塑性斷裂力學(xué)理論,回避了多年來(lái)無(wú)法解決的問(wèn)題。同時(shí)根據(jù)特征斷裂韌度KJC(例如100MPm1/2)測(cè)定的韌性斷裂剛剛向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的參考溫度T0是非常有工程應(yīng)用價(jià)值的。這種方法測(cè)定的韌脆轉(zhuǎn)變溫度是具有嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)的,根據(jù)實(shí)際使用的厚度條件進(jìn)行測(cè)定,對(duì)工程設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)是準(zhǔn)確可靠的。本文針對(duì)10Ni3CrMoV鋼和10Ni8CrMoV鋼進(jìn)行了解理裂紋開始溫度T0的測(cè)定,客觀地評(píng)價(jià)兩種材料的安全服役性能。1夏比沖擊試驗(yàn)本文選用的材料為船體建造廣泛使用的中等強(qiáng)度、具有優(yōu)異焊接性能的鐵素體鋼10Ni3CrMoV和10Ni8CrMoV。分別在連鑄連軋鋼板中心厚度橫向取厚度20mm,寬度40mm的標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣各十二支。用直徑為0.18mm的鉬絲對(duì)三點(diǎn)彎曲試樣進(jìn)行線切割,切割深度為18.5mm,隨后采用正弦波,在MTSNEW810試驗(yàn)機(jī)上預(yù)制疲勞裂紋,疲勞裂紋長(zhǎng)度約為1.5mm。由于該試驗(yàn)需要根據(jù)夏比沖擊的韌脆轉(zhuǎn)變溫度來(lái)確定試驗(yàn)溫度,因此必須先進(jìn)行系列溫度下的夏比沖擊試驗(yàn)。由于試驗(yàn)所用板材較厚,在截取夏比沖擊試樣時(shí)必須考慮取樣位置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。分別在表層和中心厚度處截取沖擊試樣。1.1夏比效果測(cè)試夏比沖擊試驗(yàn)所用試樣為10×10×55(mm),L-T取向。沖擊速度為5.6m/s,試驗(yàn)溫度從室溫至-196℃。1.2參考溫度t0測(cè)試T0試驗(yàn)是在解理裂紋開始時(shí)的溫度下對(duì)預(yù)先缺口化的預(yù)制疲勞裂紋三點(diǎn)彎曲試樣進(jìn)行加載,測(cè)定載荷-位移曲線。2材料模型的建立10Ni3CrMoV鋼通過(guò)夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果得到韌脆轉(zhuǎn)變曲線,詳見圖1和圖2。通過(guò)韌脆轉(zhuǎn)變曲線得到夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度ETT50和FATT50,詳見表1。斷裂韌度試驗(yàn)是在解理裂紋剛剛開始的溫度下進(jìn)行。這時(shí)測(cè)定非穩(wěn)定的JC并將其轉(zhuǎn)換成應(yīng)力強(qiáng)度因子KJC的當(dāng)量。解理裂紋剛剛開始溫度的斷裂韌度試驗(yàn)至少重復(fù)6次,以得到威布爾分布KJC的中位值。試樣尺寸和斷裂韌度KJC的關(guān)系,我們用弱聯(lián)系統(tǒng)計(jì)理論來(lái)分析,文獻(xiàn)提供了試樣尺寸和斷裂韌度KJC的關(guān)系。在使用該模型時(shí)要設(shè)定斷裂韌度的極限值。KJC的最大極限值由下式?jīng)Q定:KJC(limit)=Eboσys30(1?υ2)??????√(1)ΚJC(limit)=Eboσys30(1-υ2)(1)其中σys為試驗(yàn)溫度下材料的屈服強(qiáng)度。利用三參數(shù)的威布爾模型,對(duì)威布爾分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,通過(guò)測(cè)定KO和KJC(med)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立轉(zhuǎn)變溫度曲線(主曲線)。對(duì)To不確定度的估計(jì)值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的雙尾正態(tài)分布得到正態(tài)偏離Z值(可以通過(guò)手冊(cè)查到)和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ得到。10Ni3CrMoV鋼KJC(1T)試驗(yàn)結(jié)果見表2。通過(guò)威布爾布分布的數(shù)據(jù)擬合得到了10Ni3CrMoV鋼上、下邊界分別為5%和95%的主曲線圖,見圖3。該曲線與ASME規(guī)范中的KIR下界線設(shè)計(jì)曲線相同,可以直接用于安全設(shè)計(jì)。10Ni8CrMoV鋼KJC(1T)試驗(yàn)結(jié)果見表3,從表中可以看出該材料的解理裂紋開始溫度為-162℃,如果考慮到試驗(yàn)結(jié)果的不確定度,85%置信度下的參考溫度To為-151℃。圖4為10Ni8CrMoV鋼上、下邊界分別為5%和95%的主曲線圖。3逆轉(zhuǎn)變實(shí)際鋼板溫度的確定針對(duì)10Ni3CrMoV鋼,鋼板表層和芯部的夏比韌脆轉(zhuǎn)變溫度TCVN明顯不同,芯部的韌脆轉(zhuǎn)變溫度明顯低于表層,具有明顯的取樣位置效應(yīng)。而T0試驗(yàn)得到的是原始鋼板厚度下的整體解理裂紋開始的轉(zhuǎn)變溫度,對(duì)10Ni3CrMoV鋼進(jìn)行相分析,未發(fā)現(xiàn)新的逆轉(zhuǎn)變奧氏體。試驗(yàn)用10Ni8CrMoV鋼的T0溫度為-151℃,明顯低于10Ni3CrMoV鋼,這是由其特殊的組織結(jié)構(gòu)決定的。4不同參數(shù)對(duì)樣品位置的影響(1)10Ni3CrMoV鋼夏比沖擊試驗(yàn)方法得到的韌脆轉(zhuǎn)變溫度表層和中心明顯不同,ETT50(表層)為-112℃,ETT50(中心)為-127℃;FATT50(表層)為-114℃,FATT50(中心)為-126℃?？梢奅TT50和FATT50與取樣位置有很大關(guān)系。(2)通過(guò)威布爾分布的統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到了10Ni3CrMoV和10Ni8C