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《兰州理工大学》 2008年
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一种高强钢在不同温度下的断裂行为研究

闫英杰  
【摘要】: 本文通过对贝氏体高强钢进行了不同温度下的拉伸、纯剪切、三点弯曲、四点弯曲及原位拉伸实验,从而对贝氏体高强钢在不同温度下的断裂机理进行了初步的研究。得到的主要结论如下:(1)观察了拉伸试样断裂过程,分析了断裂机理,相同温度下沿不同方向的拉伸力学性能非常接近,屈服强度、抗拉强度及真实断裂强度随温度的降低都逐渐增大;-196℃下的T试样中,裂纹首先从颈缩中心区域由原奥氏体晶粒边界组成的一个脆性层上开裂,沿着拉伸方向快速扩展到颈缩快结束的区域,然后改变裂纹的扩展方向发展成为两个相反方向的横向裂纹断裂,最终形成“Z”字形断口;-30℃~20℃范围的T试样及-196℃~20℃范围的CZT试样,断裂面都是典型的拉伸断裂形态,由纤维区、放射区及剪切唇三个区组成;-150℃~-60℃范围的T试样首先在颈缩中心部位产生纵向裂纹几乎同时横向开裂,形成纤维起裂区,再在颈缩变形和横向裂纹产生的剪应力作用下向两侧形成两个剪切裂纹。(2)这种钢表现出优越的断裂韧性,转变温度大约为-150℃。低温下(-150℃),COD宏观试验和微观形态上都表现出典型的POP-IN裂纹扩展特征,这取决于解理裂纹起裂前弹性能积累不足以及这种钢裂纹扩展需要克服较大的阻力。裂纹扩展的高阻力取决于三个障碍:原奥氏体晶粒边界、贝氏体团边界以及贝氏体片之间;(3)随着温度升高,断裂机理主要由纤维开裂所控制,表现出大量韧窝断裂面及一些单个的准解理面。在-100℃及以上温度时,此材料的缺口弯曲断裂形态为韧性断裂;在-196℃时,为脆性准解理断裂。相对于COD实验来说,缺口引起的应力集中较小,裂纹萌生较晚,在裂纹萌生以前积累的弹性应变能较大,导致在-196℃时大弹性能驱动裂纹快速扩展直至完全断裂,没有出现COD实验中的“pop-in”现象;(4)原位拉伸试样是在缺口根部发生大量塑性变形后才萌生裂纹,裂纹在剪应力和正应力的共同作用下塑性裂纹不断扩展。裂纹尖端不断重复着起裂、扩展、钝化、再起裂、再扩展、再钝化的过程,直到试样最终发生断裂。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG142.15

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