初始損傷對不同鋼組織缺口試樣解理斷裂行為的影響.pdf

1、本文通過對A(16Mn細(xì)晶)、B(CF粗晶)、C(16Mn粗晶)三種材料的缺口試樣在常溫下進行了不同預(yù)加載荷的四點彎曲正彎實驗，以在缺口前端引入不同的微孔洞損傷量，接著利用反彎實驗消除了缺口根部尺寸對解理斷裂的影響，而后通過高溫回火處理消除了殘余應(yīng)力和加工硬化的影響，分離出損傷因素。隨后在-196℃低溫下進行彎曲斷裂實驗。通過力學(xué)參數(shù)的測量、斷口觀察和有限元計算與細(xì)觀模擬，就初始損傷對不同鋼組織缺口試樣低溫解理斷裂韌性的影響規(guī)律及機理進

2、行了研究。結(jié)果表明： (1)當(dāng)P0/Pgy＜0.861時，材料A和C的損傷量fa隨預(yù)載荷比P0/Pgy的增加而略有增加，當(dāng)P0/Pgy＞0.861后，材料A和C的損傷量fa隨P0/Pgy的增加而迅速增加。在相同的P0/Pgy下，材料A中的損傷量明顯高于材料C。材料B的損傷量fa隨P0/Pgy的增加而緩慢增加。在同一預(yù)載荷比P0/Pgy下，材料B的損傷量低于材料A和C。 (2)材料A的缺口韌性Pf/Pgy隨預(yù)載荷比P0/P

3、gy的增加逐漸下降。并且當(dāng)P0/Pgy＜0.861時，材料A的缺口韌性Pf/Pgy隨P0/Pgy的增加下降較慢；P0/Pgy＞0.861后，缺口韌性Pf/Pgy下降較快。B材料的缺口韌性Pf/Pgy隨P0/Pgy的增加幾乎不變。C材料缺口韌性Pf/Pgy在P0/Pgy＜0.861內(nèi)基本不隨P0/Pgy變化；而當(dāng)P0/Pgy＞0.861后，隨P0/Pgy的增加，缺口韌性值迅速降低。損傷量fa較小時，材料C的斷裂韌性低于材料A，材料B與C相

4、差不大；損傷量fa較大時，材料A與C的斷裂韌性相差不大，材料C的斷裂韌性低于材料B。 (3)在-196℃下，材料A和C的低溫解理斷裂韌性隨初始損傷量的增加而降低的原因是預(yù)載荷時引入的損傷，尤其是長條形的大缺陷，在隨后的低溫加載時，使長條形孔洞前端或旁邊產(chǎn)生較高的局部應(yīng)力—應(yīng)變集中，彌補了外場正應(yīng)力σyy的不足，從而使解理發(fā)生在較低的斷裂載荷Pf下(SIC型起裂)，測量的外場σyy=σf的值也下降。材料B的缺口韌性隨初始損傷量的增

5、加而基本不變的原因是B材料的起裂源類型主要為小尺寸球形孔洞(IC型)或碳化物粒子(IP型)，且隨P0/Pgy增加，起裂源類型無明顯變化。雖然其損傷量fa隨P0/Pgy的增加而增加，但其損傷量的絕對值很低，并且其損傷基元主要為小尺寸球形孔洞，而球形孔洞兩端的應(yīng)力和應(yīng)變集中相對于長條形缺陷引起的應(yīng)力和應(yīng)變集中要小很多，故材料B的缺口韌性基本不變。 (4)B材料對預(yù)損傷不敏感。在同樣的P0/Pgy下，B材料的初始缺陷尺寸小、數(shù)量少，相

6、應(yīng)的損傷量小，其缺口韌性基本不隨P0/Pgy變化；而夾雜物含量多、尺寸大的16Mn鋼C材料對預(yù)損傷較敏感。在同樣的P0/Pgy下，C材料的初始缺陷的尺寸大、數(shù)量多，相應(yīng)的損傷量大，其缺口韌性隨P0/Pgy的增加而下降。說明基體晶粒尺寸相近時，雜質(zhì)物含量高的鋼中較多、較大的初始損傷缺陷主導(dǎo)了缺口解理韌性，使材料韌性降低。 (5)對于成分和夾雜物相同的材料，當(dāng)P0/Pgy＜0.861時，晶粒尺寸主導(dǎo)了缺口韌性，細(xì)晶粒A材料的斷裂韌性

7、明顯高于粗晶粒C材料。在P0/Pgy＞0.861后，材料中的初始損傷主導(dǎo)了解理韌性，晶粒尺寸的影響減小。A材料的缺陷尺寸大、初始損傷量大，從而產(chǎn)生了高的局部應(yīng)力-應(yīng)變集中，導(dǎo)致了A材料的解理起裂與擴展的幾率比C材料高，其斷裂韌性下降幅度大，說明較大的初始損傷使缺口韌性對基體晶粒尺寸不敏感。 (6)細(xì)晶粒A材料對初始損傷敏感的原因是在相同的P0/Pgy時，細(xì)晶粒A材料的屈服強度σy高，材料中產(chǎn)生的局部正應(yīng)力σ1、σ2、σ3的強度較