ah32船用钢板韧脆转变温度研究

ah32船用钢板韧脆转变温度研究

0材料的力学性能如果试验温度低于一定温度，材料从韧性状态改为弹性状态，影响吸收功能显著降低。断裂机理从微孔聚集转化为晶体分解，断口从纤维状态转至结晶状态，即低温耐心。这个温度被称为韧脆转化温度。影响材料的脆性和韧性的因素有很多,主要包括材料的微结构、晶粒大小、结构成分、应力状态、温度和样品的结构尺寸等1样品热处理工艺试验试验材料为船用AH32中厚板,厚度为20mm,试样加工成的尺寸(长×宽×高)有:55mm×10.0mm×10mm,55mm×12.5mm×10mm,55mm×15.0mm×10mm,55mm×17.5mm×10mm和55mm×20.0mm×10mm。降低由于材质不均匀造成的试验结果偏差,采用退火工艺(见图1)对样品进行热处理。退火处理后在ZBC2302-3微机控制低温全自动冲击试验机上进行系列温度的冲击试验,试验温度分别为-20℃,-30℃,-40℃,-50℃,-60℃,-70℃,-80℃,-90℃,-100℃和-110℃。试验参考GB/T229—2007中给出标准及文献[4]中给出的方法进行。冲击试验完成之后,利用ZEISS公司生产的SUPRA55型扫描电子显微镜观察冲击后试样的断口,对不同温度下断口起裂处的微观形貌进行分析。2结果与讨论对选用的材料进行化学成分分析、力学性能测试、韧脆转变温度测试和扫描电镜断口分析。2.1分析的弱化取样船用钢板(AH32船用钢板)的化学成分见表1,符合GB712—2011《船舶及海洋工程用结构钢》中对AH32的相关要求。2.2符合《gb712—力学性能测试AH32船用钢板力学性能见表2,符合GB712—2011相关要求。冲击试验进行分层取样,试验结果表明上下层测试数据一致,符合测试要求。2.3各尺寸试样间的冲击功-冲击温度拟合分析从取样钢板上取55mm×10.0mm×10mm,55mm×12.5mm×10mm,55mm×15.0mm×10mm,55mm×17.5mm×10mm和55mm×20.0mm×10mm等5种规格型号的试样各10组,分别在-20℃,-30℃,-40℃,-50℃,-60℃,-70℃,-80℃,-90℃,-100℃和-110℃温度下进行测试,测试数据见表3。利用Boltzmann函数对测试数据进行拟合,对冲击功-温度曲线进行拟合可取得良好的效果Boltzmann函数模型为式(1)中:w为冲击功,J;利用Origin软件中的非线性回归功能,通过Boltzmann函数模型对试验数据进行拟合。图2为各尺寸试样在各温度点下的冲击功-冲击温度拟合图(韧脆转变温度拟合图)。材料的失效形式主要有脆性断裂和屈服2种,都各自对应不同的强度理论。经典力学理论认为,当钢结构件中某点的最大主拉应力uf073在一定温度条件下,当构件中某点的应力尚未达到屈服状态,但该点的主拉应力uf073应力状态对钢材及其构件的塑性和韧性有较大的影响,而构件尺寸是影响应力状态的因素之一。因为随着厚度的增大,应力集中区会由平面应力状态过渡为平面应变状态。该应力状态约束尖端的塑性流动,塑性变形大大降低,使得冲击试样达到某温度点后其冲击功因试样尺寸的增大而减小,导致冲击试样的韧脆转变温度因试样厚度增加而提高。2.4冲击能量的消耗在韧脆转变温度的上平台区,试样越厚,其消耗的冲击能量越多。随着温度的降低,尺寸越大的试样消耗的冲击能量越少,并在某个温度点时消耗的冲击能量小于尺寸较小的试样消耗的冲击能量。由于各冲击试样的尺寸不同,其在冲击过程中受到的应力状态不同,无法进行直接对比。由冲击功-冲击温度拟合曲线的斜率可知,不同尺寸冲击试样的韧脆转变温度的变化趋势是不同的,厚度越大,脆性趋势越强。3大尺寸试样脆性断裂断口分析通过扫描电镜对冲击试样断口起裂端进行扫描,得到的试样断口图见图3~图6,与上文的冲击试样一一对应。1)在-20℃温度下,5种不同尺寸试样的起裂处断口形貌基本一样,都具有大量的小韧窝,属于典型的韧性断裂。2)随着试样厚度的增大,其断口形貌开始出现差异,在大量小韧窝的基础上,出现很多脆性断裂形态,尤其是在55mm×20.0mm×10mm的试样断面上,脆性断裂形态布满整个断裂面。3)在-50℃温度下,各尺寸试样的起裂处断口形貌又达到基本一致,韧窝消失并形成大量的沿晶断裂组织。4)在-60℃温度下,各尺寸试样的起裂处断口形貌出现由解离裂纹与机械孪晶共同作用形成的“舌状花样”及“鱼骨状花样”形貌,这些都是典型的完全脆性断面结构,说明在该温度下各尺寸试样的断口都呈现为完全脆性断裂状态。通过对上述5种尺寸样品在不同温度下的冲击断裂起裂处断口进行分析可知:在相同温度条件下,大尺寸的试样比小尺寸的试样容易产生脆性断裂;在此次测试的范围内,随着试样厚度的增大,试样形成解理脆性断口的温度逐渐升高。该结论与根据韧脆转变温度的能量数据变化趋势和韧脆转变的温度范围得出的结论是一致的,即随着试样尺寸增大,其韧脆转变的温度逐渐升高。4材料厚度与韧脆转变温度的关系通过对AH32船用钢板5种尺寸试样进行韧脆转变温度测试,并结合断口的形貌进行分析,发现使用不同尺寸试样得到的材料韧脆转变温度是不同的,试样厚度越大,测试得到的韧脆转变温度越高。通俗地讲,即在相同的温度条件下,厚度大的材料比厚度小