夏比冲击韧脆转变温度cvn和0的测定

夏比冲击韧脆转变温度cvn和0的测定

目前，我国对铁素钢的无塑料变化温度测定有规律（gbt6803-1986），对钢铁夏比宽度观测试验方法（gbt29-1994）的附b中的韧性和变化率进行了规定。但是,以上两种方法都是从冲击功和冲击能量的角度来评价试样发生脆性断裂的温度。并且所用试样均为标准试样,与工程实际应用有较大差别。实际工程构件的尺寸通常比标准试样要大得多,通过标准试样测得的韧脆转变温度通常比实际的要低,这对工程设计是偏危险的,非常不利。针对铁素体钢测定某一温度下的特征断裂韧度是我们经常要做的工作。但是当铁素体钢呈现韧性断裂时,有效特征断裂韧度值的测定是非常困难的。这是因为铁素体钢韧性断裂时整个试样会发生整体屈服,无法利用现有的弹塑性断裂力学理论对其进行有效计算。这也是断裂力学领域遇到的一个共性问题。但是,研究弹性或弹塑性力学条件(不稳定的KJC)下解理裂纹刚刚开始时的特征断裂韧度KJC还是切实可行的。这时的力学条件完全满足弹塑性断裂力学理论,回避了多年来无法解决的问题。同时根据特征断裂韧度KJC(例如100MPm1/2)测定的韧性断裂刚刚向脆性断裂转变的参考温度T0是非常有工程应用价值的。这种方法测定的韧脆转变温度是具有严密的理论基础的,根据实际使用的厚度条件进行测定,对工程设计和评价是准确可靠的。本文针对10Ni3CrMoV钢和10Ni8CrMoV钢进行了解理裂纹开始温度T0的测定,客观地评价两种材料的安全服役性能。1夏比冲击试验本文选用的材料为船体建造广泛使用的中等强度、具有优异焊接性能的铁素体钢10Ni3CrMoV和10Ni8CrMoV。分别在连铸连轧钢板中心厚度横向取厚度20mm,宽度40mm的标准三点弯曲试样各十二支。用直径为0.18mm的钼丝对三点弯曲试样进行线切割,切割深度为18.5mm,随后采用正弦波,在MTSNEW810试验机上预制疲劳裂纹,疲劳裂纹长度约为1.5mm。由于该试验需要根据夏比冲击的韧脆转变温度来确定试验温度,因此必须先进行系列温度下的夏比冲击试验。由于试验所用板材较厚,在截取夏比冲击试样时必须考虑取样位置对试验结果的影响。分别在表层和中心厚度处截取冲击试样。1.1夏比效果测试夏比冲击试验所用试样为10×10×55(mm),L-T取向。冲击速度为5.6m/s,试验温度从室温至-196℃。1.2参考温度t0测试T0试验是在解理裂纹开始时的温度下对预先缺口化的预制疲劳裂纹三点弯曲试样进行加载,测定载荷-位移曲线。2材料模型的建立10Ni3CrMoV钢通过夏比冲击试验结果得到韧脆转变曲线,详见图1和图2。通过韧脆转变曲线得到夏比冲击韧脆转变温度ETT50和FATT50,详见表1。断裂韧度试验是在解理裂纹刚刚开始的温度下进行。这时测定非稳定的JC并将其转换成应力强度因子KJC的当量。解理裂纹刚刚开始温度的断裂韧度试验至少重复6次,以得到威布尔分布KJC的中位值。试样尺寸和断裂韧度KJC的关系,我们用弱联系统计理论来分析,文献提供了试样尺寸和断裂韧度KJC的关系。在使用该模型时要设定断裂韧度的极限值。KJC的最大极限值由下式决定:KJC(limit)=Eboσys30(1−υ2)−−−−−−√(1)ΚJC(limit)=Eboσys30(1-υ2)(1)其中σys为试验温度下材料的屈服强度。利用三参数的威布尔模型,对威布尔分布的数据进行拟合,通过测定KO和KJC(med)之间的转换关系,建立转变温度曲线(主曲线)。对To不确定度的估计值根据标准的双尾正态分布得到正态偏离Z值(可以通过手册查到)和标准偏差σ得到。10Ni3CrMoV钢KJC(1T)试验结果见表2。通过威布尔布分布的数据拟合得到了10Ni3CrMoV钢上、下边界分别为5%和95%的主曲线图,见图3。该曲线与ASME规范中的KIR下界线设计曲线相同,可以直接用于安全设计。10Ni8CrMoV钢KJC(1T)试验结果见表3,从表中可以看出该材料的解理裂纹开始温度为-162℃,如果考虑到试验结果的不确定度,85%置信度下的参考温度To为-151℃。图4为10Ni8CrMoV钢上、下边界分别为5%和95%的主曲线图。3逆转变实际钢板温度的确定针对10Ni3CrMoV钢,钢板表层和芯部的夏比韧脆转变温度TCVN明显不同,芯部的韧脆转变温度明显低于表层,具有明显的取样位置效应。而T0试验得到的是原始钢板厚度下的整体解理裂纹开始的转变温度,对10Ni3CrMoV钢进行相分析,未发现新的逆转变奥氏体。试验用10Ni8CrMoV钢的T0温度为-151℃,明显低于10Ni3CrMoV钢,这是由其特殊的组织结构决定的。4不同参数对样品位置的影响(1)10Ni3CrMoV钢夏比冲击试验方法得到的韧脆转变温度表层和中心明显不同,ETT50(表层)为-112℃,ETT50(中心)为-127℃;FATT50(表层)为-114℃,FATT50(中心)为-126℃。可见ETT50和FATT50与取样位置有很大关系。(2)通过威布尔分布的统计计算得到了10Ni3CrMoV和10Ni8C