摘 要:對34CrNi1Mo鋼分別進行 V形和 U 形兩種缺口類型的沖擊試驗,并繪制出剪切斷面 率與試驗溫度的曲線。通過曲線及韌脆轉變溫度的對比,分析缺口類型對34CrNi1Mo鋼韌脆轉變 溫度的影響。結果表明:不同缺口類型對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于 V形缺口試樣測得的韌脆轉變溫度。 

關鍵詞:沖擊試驗;韌脆轉變溫度;缺口類型;剪切斷面率 

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

對金屬材料而言,當試驗溫度低于某一溫度時, 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沖擊吸收能量達到某一特定值,例如KV8= 27J;②沖擊吸收能量達到上平臺某一百分數,例如 50%;③剪切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,由于現行 適用標準 GB/T229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖 擊試驗方法》中未對沖擊試樣缺口類型作出明確的 要求,導致實際檢測過程中,檢測結果差異很大。通 過查詢沖擊試驗方法標準 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 缺口沖擊試樣測定。但該標準已作廢,被現行版 GB/T229-2007 所代替。鑒于此,筆者通過在 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,并按照行業標準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,來探索不同缺口類型對韌脆轉變溫度的 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 的標準沖擊試樣。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形缺口沖擊試驗和3次 U 形缺口沖擊試驗。 試樣冷 卻 介 質 為 酒 精,試 樣 在 冷 卻 介 質 中 保 溫 10min后開始試驗。整個試驗過程均使用同一沖 擊試驗機,并配備R2的刀刃和300J的擺錘。試驗 后,用10×放大鏡觀察試樣斷口。按照 GB/T229 -2007附錄C測量斷口剪切斷面率,以剪切斷面率 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形缺口沖擊試樣在不同試驗溫度下的沖擊吸收 能量及剪切斷面率見表2。U形缺口沖擊試樣在不同 試驗溫度下的沖擊吸收能量及剪切斷面率見表3。 

2.2 分析與討論 

不同試驗溫度下 V形、U 形缺口試樣的沖擊吸 收能量與剪切斷面率結果見表4。由表4可知,無 論是V形缺口還是U形缺口,沖擊吸收能量及剪切 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,表現為沖擊吸收 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軟件對不同缺口類型的沖擊吸收 能量進行擬合,如圖2所示。由圖2可知,同一溫度 下,V形缺口沖擊吸收能量小于 U 形缺口沖擊吸收 能量。沖擊試驗過程,材料主要發生彈性變形、塑性 變形、斷裂等3個過程。由于 V形缺口的根部曲率 半徑小,更容易造成應力集中,導致 V 形缺口的沖 擊吸收能量較 U形缺口的小。

利用 Origin軟件對不同缺口類型的剪切斷面 率進行擬合,如圖3所示。由圖3可知,剪切斷面率 隨溫度的變化趨勢與沖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 低于 V形缺口試樣測得的。

3 結論 

由于 V形缺口的根部曲率半徑小,更容易造成 應力集中,因此 U 形缺口沖擊試樣測得的韌脆轉變 溫度低于 V形缺口沖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 度時的沖擊缺口類型。 

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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)>