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加载速率对不同组织合金钢缺口试样断裂行为的影响

任学冲  
【摘要】: 本文对一种低合金高强钢(WCF62)通过热处理获得了粗、细两种不同晶粒度的组织。对两种钢组织在1-500mm/min的加载速率范围内和-100℃温度下进行不同加载速率下的拉伸实验,测量了两种钢组织在不同应变率下的拉伸力学性能。对两种组织的单缺口和双缺口试样在-100℃温度下进行了1-500mm/min的加载速率范围内不同加载速率下的四点弯曲(4PB)实验和三点弯曲冲击实验(v=2000,4700mm/s),通过实验观察和参数测量,并结合不同加载速率下缺口前端的应力、应变和应变率分布的有限元(FEM)计算,对加载速率对不同组织缺口试样断裂行为的影响进行了研究。 结果表明:无论粗晶还是细晶材料缺口试样,当加载速率增加时,断裂模式从延性断裂转变为延—脆转变断裂进而变为从缺口根部直接起裂为特征的全脆性解理断裂,其解理断裂的临界事件也由珠光体和铁素体尺寸的裂纹扩展控制为主变为扩展与形核的混合控制进而变为形核控制。细晶试样发生转变的加载速率高于粗晶试样,解理断裂应力σ_f、缺口韧性与断裂模式和临界事件相关,在延—脆转变断裂模式和扩展控制的临界事件下,解理断裂应力σ_f和缺口韧性较高。在全脆性解理断裂模式及形核控制的临界事件下,σ_f和缺口韧性低。在断裂模式和临界事件一定的条件下断裂应力σ_f基本不随加载速率v变化,缺口韧性随v的增加而降低。在两种断裂模式和临界事件下,细晶试样的解理断裂应力σ_f和起裂应变ε_(pc)均高于粗晶试样;在相同的加载速率下,细晶试样的缺口韧性高于粗晶试样。当解理断裂的临界事件为形核控制时,随加载速率的增加临界起裂应变ε_(pc)有减小的趋势。对两种组织的断裂模式、临界事件、断裂应力、缺口韧性随加载速率变化的机理进行了分析。


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