摘 要:對(duì)34CrNi1Mo鋼分別進(jìn)行 V形和 U 形兩種缺口類型的沖擊試驗(yàn),并繪制出剪切斷面 率與試驗(yàn)溫度的曲線。通過(guò)曲線及韌脆轉(zhuǎn)變溫度的對(duì)比,分析缺口類型對(duì)34CrNi1Mo鋼韌脆轉(zhuǎn)變 溫度的影響。結(jié)果表明:不同缺口類型對(duì)34CrNi1Mo鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度有較大影響,U 形缺口試 樣測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于 V形缺口試樣測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。

關(guān)鍵詞:沖擊試驗(yàn);韌脆轉(zhuǎn)變溫度;缺口類型;剪切斷面率

中圖分類號(hào):TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2021)10-0037-03

對(duì)金屬材料而言,當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度時(shí), 體心立方結(jié)構(gòu)及部分密排六方金屬及其合金材料的 斷裂方式由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?即出現(xiàn)低溫 脆性現(xiàn)象,轉(zhuǎn)變溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度,也稱冷脆轉(zhuǎn) 變溫度。

目前常用的韌脆轉(zhuǎn)變溫度的檢測(cè)方法主要有 4種:①?zèng)_擊吸收能量達(dá)到某一特定值,例如KV8= 27J;②沖擊吸收能量達(dá)到上平臺(tái)某一百分?jǐn)?shù),例如 50%;③剪切斷面率達(dá)到某一百分?jǐn)?shù),例如50%;④ 側(cè)膨脹值達(dá)到某一個(gè)量,例如0.9mm。

在韌脆轉(zhuǎn)變溫度的實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中,由于現(xiàn)行 適用標(biāo)準(zhǔn) GB/T229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖 擊試驗(yàn)方法》中未對(duì)沖擊試樣缺口類型作出明確的 要求,導(dǎo)致實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中,檢測(cè)結(jié)果差異很大。通 過(guò)查詢沖擊試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) GB/T229-1994附錄B 發(fā)現(xiàn),韌脆轉(zhuǎn)變溫度的檢測(cè)一般使用標(biāo)準(zhǔn)夏比 V形 缺口沖擊試樣測(cè)定。但該標(biāo)準(zhǔn)已作廢,被現(xiàn)行版 GB/T229-2007 所代替。鑒于此,筆者通過(guò)在 34CrNi1Mo鋼上取樣,分別進(jìn)行 V 形缺口及 U 形 缺口的韌脆轉(zhuǎn)變溫度檢測(cè),并按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8706-2014《50MW~200MW 汽輪發(fā)電機(jī)無(wú)中心 孔 轉(zhuǎn)子鍛件 技術(shù)條件》要求以FATT50 表示韌脆轉(zhuǎn) 變溫度,來(lái)探索不同缺口類型對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的 影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為34CrNi1Mo合金鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的 圓環(huán)鍛件。為使熱處理對(duì)試樣的影響最小,各試樣 取樣位置保持一致,料坯及取樣位置如圖1所示。

共取30件毛坯料,按照J(rèn)B/T8706-2014要求進(jìn)行 徑向取樣,按照 GB/T229-2007 要求,加工成 10mm×10mm×55mm 的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣。試驗(yàn) 材料34CrNi1Mo鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法按照GB/T229-2007要求,將30個(gè) 試樣分成 A、B兩組,每組15個(gè)。其中 A組試樣按 V形缺口,即 KV2進(jìn)行試驗(yàn);B組試樣按 U 形缺 口,即 KU2進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)在-60~20℃之間進(jìn) 行,每20℃為一間隔,共5個(gè)溫度,每個(gè)溫度進(jìn)行 3次 V形缺口沖擊試驗(yàn)和3次 U 形缺口沖擊試驗(yàn)。 試樣冷 卻 介 質(zhì) 為 酒 精,試 樣 在 冷 卻 介 質(zhì) 中 保 溫 10min后開(kāi)始試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程均使用同一沖 擊試驗(yàn)機(jī),并配備R2的刀刃和300J的擺錘。試驗(yàn) 后,用10×放大鏡觀察試樣斷口。按照 GB/T229 -2007附錄C測(cè)量斷口剪切斷面率,以剪切斷面率 為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度作為該材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫 度,即FATT50。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

V形缺口沖擊試樣在不同試驗(yàn)溫度下的沖擊吸收 能量及剪切斷面率見(jiàn)表2。U形缺口沖擊試樣在不同 試驗(yàn)溫度下的沖擊吸收能量及剪切斷面率見(jiàn)表3。

2.2 分析與討論

不同試驗(yàn)溫度下 V形、U 形缺口試樣的沖擊吸 收能量與剪切斷面率結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知,無(wú) 論是V形缺口還是U形缺口,沖擊吸收能量及剪切 斷面率均隨著試驗(yàn)溫度的降低而下降。主要是因?yàn)?/span>材料存在低溫脆性,即隨著溫度的降低,材料的斷裂 機(jī)制由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?表現(xiàn)為沖擊吸收 能量明顯下降,斷口形貌由纖維狀斷口轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶 狀斷口。

利用 Origin軟件對(duì)不同缺口類型的沖擊吸收 能量進(jìn)行擬合,如圖2所示。由圖2可知,同一溫度 下,V形缺口沖擊吸收能量小于 U 形缺口沖擊吸收 能量。沖擊試驗(yàn)過(guò)程,材料主要發(fā)生彈性變形、塑性 變形、斷裂等3個(gè)過(guò)程。由于 V形缺口的根部曲率 半徑小,更容易造成應(yīng)力集中,導(dǎo)致 V 形缺口的沖 擊吸收能量較 U形缺口的小。

利用 Origin軟件對(duì)不同缺口類型的剪切斷面 率進(jìn)行擬合,如圖3所示。由圖3可知,剪切斷面率 隨溫度的變化趨勢(shì)與沖擊吸收能量隨溫度的變化趨勢(shì)一致。U形缺口試樣測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度FATT50 低于 V形缺口試樣測(cè)得的。

3 結(jié)論

由于 V形缺口的根部曲率半徑小,更容易造成 應(yīng)力集中,因此 U 形缺口沖擊試樣測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變 溫度低于 V形缺口沖擊試樣測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 建議GB/T229-2007標(biāo)準(zhǔn)明確在檢測(cè)韌脆轉(zhuǎn)變溫 度時(shí)的沖擊缺口類型。

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