分享↟·₪│·：衝擊缺口型別對34CrNi1Mo鋼韌脆轉變溫度的影響

摘 要:對34CrNi1Mo鋼分別進行 V形和 U 形兩種缺口型別的衝擊試驗,並繪製出剪下斷面 率與試驗溫度的曲線✘▩₪。透過曲線及韌脆轉變溫度的對比,分析缺口型別對34CrNi1Mo鋼韌脆轉變 溫度的影響✘▩₪。結果表明:不同缺口型別對34CrNi1Mo鋼的韌脆轉變溫度有較大影響,U 形缺口試 樣測得的韌脆轉變溫度低於 V形缺口試樣測得的韌脆轉變溫度✘▩₪。 

關鍵詞:衝擊試驗;韌脆轉變溫度;缺口型別;剪下斷面率 

中圖分類號:TG115.2                 文獻標誌碼:A                  文章編號:1001-4012(2021)10-0037-03

對金屬材料而言,當試驗溫度低於某一溫度時, 體心立方結構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變為脆性斷裂,即出現低溫 脆性現象,轉變溫度稱為韌脆轉變溫度,也稱冷脆轉 變溫度✘▩₪。 

目前常用的韌脆轉變溫度的檢測方法主要有 4種:①衝擊吸收能量達到某一特定值,例如KV8= 27J;②衝擊吸收能量達到上平臺某一百分數,例如 50%;③剪下斷面率達到某一百分數,例如50%;④ 側膨脹值達到某一個量,例如0.9mm✘▩₪。 

在韌脆轉變溫度的實際檢測過程中,由於現行 適用標準 GB/T229-2007《金屬材料 夏比擺錘衝 擊試驗方法》中未對沖擊試樣缺口型別作出明確的 要求,導致實際檢測過程中,檢測結果差異很大✘▩₪。通 過查詢衝擊試驗方法標準 GB/T229-1994附錄B 發現,韌脆轉變溫度的檢測一般使用標準夏比 V形 缺口衝擊試樣測定✘▩₪。但該標準已作廢,被現行版 GB/T229-2007 所代替✘▩₪。鑑於此,筆者透過在 34CrNi1Mo鋼上取樣,分別進行 V 形缺口及 U 形 缺口的韌脆轉變溫度檢測,並按照行業標準JB/T 8706-2014《50MW~200MW 汽輪發電機無中心 孔 轉子鍛件 技術條件》要求以FATT50 表示韌脆轉 變溫度,來探索不同缺口型別對韌脆轉變溫度的 影響✘▩₪。 

1 試驗材料與方法 

1.1 試驗材料 

試驗材料為34CrNi1Mo合金鋼,經調質處理的 圓環鍛件✘▩₪。為使熱處理對試樣的影響最小,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JB/T8706-2014要求進行 徑向取樣,按照 GB/T229-2007 要求,加工成 10mm×10mm×55mm 的標準衝擊試樣✘▩₪。試驗 材料34CrNi1Mo鋼的化學成分見表1✘▩₪。

1.2 試驗方法 

試驗方法按照GB/T229-2007要求,將30個 試樣分成 A▩•、B兩組,每組15個✘▩₪。其中 A組試樣按 V形缺口,即 KV2進行試驗;B組試樣按 U 形缺 口,即 KU2進行試驗✘▩₪。試驗在-60~20℃之間進 行,每20℃為一間隔,共5個溫度,每個溫度進行 3次 V形缺口衝擊試驗和3次 U 形缺口衝擊試驗✘▩₪。 試樣冷 卻 介 質 為 酒 精,試 樣 在 冷 卻 介 質 中 保 溫 10min後開始試驗✘▩₪。整個試驗過程均使用同一衝 擊試驗機,並配備R2的刀刃和300J的擺錘✘▩₪。試驗 後,用10×放大鏡觀察試樣斷口✘▩₪。按照 GB/T229 -2007附錄C測量斷口剪下斷面率,以剪下斷面率 為50%時所對應的溫度作為該材料的韌脆轉變溫 度,即FATT50✘▩₪。

2 試驗結果與分析 

2.1 試驗結果 

V形缺口衝擊試樣在不同試驗溫度下的衝擊吸收 能量及剪下斷面率見表2✘▩₪。U形缺口衝擊試樣在不同 試驗溫度下的衝擊吸收能量及剪下斷面率見表3✘▩₪。 

2.2 分析與討論 

不同試驗溫度下 V形▩•、U 形缺口試樣的衝擊吸 收能量與剪下斷面率結果見表4✘▩₪。由表4可知,無 論是V形缺口還是U形缺口,衝擊吸收能量及剪下 斷面率均隨著試驗溫度的降低而下降✘▩₪。主要是因為材料存在低溫脆性,即隨著溫度的降低,材料的斷裂 機制由韌性斷裂轉變為脆性斷裂,表現為衝擊吸收 能量明顯下降,斷口形貌由纖維狀斷口轉變為結晶 狀斷口✘▩₪。

利用 Origin軟體對不同缺口型別的衝擊吸收 能量進行擬合,如圖2所示✘▩₪。由圖2可知,同一溫度 下,V形缺口衝擊吸收能量小於 U 形缺口衝擊吸收 能量✘▩₪。衝擊試驗過程,材料主要發生彈性變形▩•、塑性 變形▩•、斷裂等3個過程✘▩₪。由於 V形缺口的根部曲率 半徑小,更容易造成應力集中,導致 V 形缺口的衝 擊吸收能量較 U形缺口的小✘▩₪。

利用 Origin軟體對不同缺口型別的剪下斷面 率進行擬合,如圖3所示✘▩₪。由圖3可知,剪下斷面率 隨溫度的變化趨勢與衝擊吸收能量隨溫度的變化趨勢一致✘▩₪。U形缺口試樣測得的韌脆轉變溫度FATT50 低於 V形缺口試樣測得的✘▩₪。

3 結論 

由於 V形缺口的根部曲率半徑小,更容易造成 應力集中,因此 U 形缺口衝擊試樣測得的韌脆轉變 溫度低於 V形缺口衝擊試樣測得的韌脆轉變溫度✘▩₪。 建議GB/T229-2007標準明確在檢測韌脆轉變溫 度時的衝擊缺口型別✘▩₪。 

參考文獻: 

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<文章來源 >材料與測試網 > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 57卷 > 10期 (pp:37-39)>