夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度cvn和0的測定

夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度cvn和0的測定

目前，我國對鐵素鋼的無塑料變化溫度測定有規(guī)律（gbt6803-1986），對鋼鐵夏比寬度觀測試驗方法（gbt29-1994）的附b中的韌性和變化率進行了規(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評價試樣發(fā)生脆性斷裂的溫度。并且所用試樣均為標準試樣,與工程實際應用有較大差別。實際工程構件的尺寸通常比標準試樣要大得多,通過標準試樣測得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度通常比實際的要低,這對工程設計是偏危險的,非常不利。針對鐵素體鋼測定某一溫度下的特征斷裂韌度是我們經(jīng)常要做的工作。但是當鐵素體鋼呈現(xiàn)韌性斷裂時,有效特征斷裂韌度值的測定是非常困難的。這是因為鐵素體鋼韌性斷裂時整個試樣會發(fā)生整體屈服,無法利用現(xiàn)有的彈塑性斷裂力學理論對其進行有效計算。這也是斷裂力學領域遇到的一個共性問題。但是,研究彈性或彈塑性力學條件(不穩(wěn)定的KJC)下解理裂紋剛剛開始時的特征斷裂韌度KJC還是切實可行的。這時的力學條件完全滿足彈塑性斷裂力學理論,回避了多年來無法解決的問題。同時根據(jù)特征斷裂韌度KJC(例如100MPm1/2)測定的韌性斷裂剛剛向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的參考溫度T0是非常有工程應用價值的。這種方法測定的韌脆轉(zhuǎn)變溫度是具有嚴密的理論基礎的,根據(jù)實際使用的厚度條件進行測定,對工程設計和評價是準確可靠的。本文針對10Ni3CrMoV鋼和10Ni8CrMoV鋼進行了解理裂紋開始溫度T0的測定,客觀地評價兩種材料的安全服役性能。1夏比沖擊試驗本文選用的材料為船體建造廣泛使用的中等強度、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的標準三點彎曲試樣各十二支。用直徑為0.18mm的鉬絲對三點彎曲試樣進行線切割,切割深度為18.5mm,隨后采用正弦波,在MTSNEW810試驗機上預制疲勞裂紋,疲勞裂紋長度約為1.5mm。由于該試驗需要根據(jù)夏比沖擊的韌脆轉(zhuǎn)變溫度來確定試驗溫度,因此必須先進行系列溫度下的夏比沖擊試驗。由于試驗所用板材較厚,在截取夏比沖擊試樣時必須考慮取樣位置對試驗結果的影響。分別在表層和中心厚度處截取沖擊試樣。1.1夏比效果測試夏比沖擊試驗所用試樣為10×10×55(mm),L-T取向。沖擊速度為5.6m/s,試驗溫度從室溫至-196℃。1.2參考溫度t0測試T0試驗是在解理裂紋開始時的溫度下對預先缺口化的預制疲勞裂紋三點彎曲試樣進行加載,測定載荷-位移曲線。2材料模型的建立10Ni3CrMoV鋼通過夏比沖擊試驗結果得到韌脆轉(zhuǎn)變曲線,詳見圖1和圖2。通過韌脆轉(zhuǎn)變曲線得到夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度ETT50和FATT50,詳見表1。斷裂韌度試驗是在解理裂紋剛剛開始的溫度下進行。這時測定非穩(wěn)定的JC并將其轉(zhuǎn)換成應力強度因子KJC的當量。解理裂紋剛剛開始溫度的斷裂韌度試驗至少重復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的關系,我們用弱聯(lián)系統(tǒng)計理論來分析,文獻提供了試樣尺寸和斷裂韌度KJC的關系。在使用該模型時要設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為試驗溫度下材料的屈服強度。利用三參數(shù)的威布爾模型,對威布爾分布的數(shù)據(jù)進行擬合,通過測定KO和KJC(med)之間的轉(zhuǎn)換關系,建立轉(zhuǎn)變溫度曲線(主曲線)。對To不確定度的估計值根據(jù)標準的雙尾正態(tài)分布得到正態(tài)偏離Z值(可以通過手冊查到)和標準偏差σ得到。10Ni3CrMoV鋼KJC(1T)試驗結果見表2。通過威布爾布分布的數(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下界線設計曲線相同,可以直接用于安全設計。10Ni8CrMoV鋼KJC(1T)試驗結果見表3,從表中可以看出該材料的解理裂紋開始溫度為-162℃,如果考慮到試驗結果的不確定度,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)變實際鋼板溫度的確定針對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。而T0試驗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10Ni3CrMoV鋼進行相分析,未發(fā)現(xiàn)新的逆轉(zhuǎn)變奧氏體。試驗用10Ni8CrMoV鋼的T0溫度為-151℃,明顯低于10Ni3CrMoV鋼,這是由其特殊的組織結構決定的。4不同參數(shù)對樣品位置的影響(1)10Ni3CrMoV鋼夏比沖擊試驗方法得到的韌脆轉(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系。(2)通過威布爾分布的統(tǒng)計計算得到了10Ni3CrMoV和10Ni8C