分享：沖擊缺口類型對34CrNi1Mo鋼韌脆轉變溫度的影響

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2023-01-13 11:26:29【大中小】

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?yōu)榇嘈詳嗔?即出現(xiàn)低溫脆性現(xiàn)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(shù),例如 50%;③剪切斷面率達到某一百分數(shù),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(xiàn)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(fā)現(xiàn),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(xiàn)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(yè)標準JB/T 8706-2014《50MW~200MW 汽輪發(fā)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(jīng)調質處理的圓環(huán)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?yōu)榇嘈詳嗔?表現(xiàn)為沖擊吸收能量明顯下降,斷口形貌由纖維狀斷口轉變?yōu)榻Y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(fā)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。