摘 要:对34CrNi1Mo钢分别进行 V形和 U 形两种缺口类型的冲击试验,并绘制出剪切断面 率与试验温度的曲线。通过曲线及韧脆转变温度的对比,分析缺口类型对34CrNi1Mo钢韧脆转变 温度的影响。结果表明:不同缺口类型对34CrNi1Mo钢的韧脆转变温度有较大影响,U 形缺口试 样测得的韧脆转变温度低于 V形缺口试样测得的韧脆转变温度。
关键词:冲击试验;韧脆转变温度;缺口类型;剪切断面率
中图分类号:TG115.2 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2021)10-0037-03
对金属材料而言,当试验温度低于某一温度时, 体心立方结构及部分密排六方金属及其合金材料的 断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂,即出现低温 脆性现象,转变温度称为韧脆转变温度,也称冷脆转 变温度。
目前常用的韧脆转变温度的检测方法主要有 4种:①冲击吸收能量达到某一特定值,例如KV8= 27J;②冲击吸收能量达到上平台某一百分数,例如 50%;③剪切断面率达到某一百分数,例如50%;④ 侧膨胀值达到某一个量,例如0.9mm。
在韧脆转变温度的实际检测过程中,由于现行 适用标准 GB/T229-2007《金属材料 夏比摆锤冲 击试验方法》中未对冲击试样缺口类型作出明确的 要求,导致实际检测过程中,检测结果差异很大。通 过查询冲击试验方法标准 GB/T229-1994附录B 发现,韧脆转变温度的检测一般使用标准夏比 V形 缺口冲击试样测定。但该标准已作废,被现行版 GB/T229-2007 所代替。鉴于此,笔者通过在 34CrNi1Mo钢上取样,分别进行 V 形缺口及 U 形 缺口的韧脆转变温度检测,并按照行业标准JB/T 8706-2014《50MW~200MW 汽轮发电机无中心 孔 转子锻件 技术条件》要求以FATT50 表示韧脆转 变温度,来探索不同缺口类型对韧脆转变温度的 影响。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为34CrNi1Mo合金钢,经调质处理的 圆环锻件。为使热处理对试样的影响最小,各试样 取样位置保持一致,料坯及取样位置如图1所示。
共取30件毛坯料,按照JB/T8706-2014要求进行 径向取样,按照 GB/T229-2007 要求,加工成 10mm×10mm×55mm 的标准冲击试样。试验 材料34CrNi1Mo钢的化学成分见表1。
1.2 试验方法
试验方法按照GB/T229-2007要求,将30个 试样分成 A、B两组,每组15个。其中 A组试样按 V形缺口,即 KV2进行试验;B组试样按 U 形缺 口,即 KU2进行试验。试验在-60~20℃之间进 行,每20℃为一间隔,共5个温度,每个温度进行 3次 V形缺口冲击试验和3次 U 形缺口冲击试验。 试样冷 却 介 质 为 酒 精,试 样 在 冷 却 介 质 中 保 温 10min后开始试验。整个试验过程均使用同一冲 击试验机,并配备R2的刀刃和300J的摆锤。试验 后,用10×放大镜观察试样断口。按照 GB/T229 -2007附录C测量断口剪切断面率,以剪切断面率 为50%时所对应的温度作为该材料的韧脆转变温 度,即FATT50。
2 试验结果与分析
2.1 试验结果
V形缺口冲击试样在不同试验温度下的冲击吸收 能量及剪切断面率见表2。U形缺口冲击试样在不同 试验温度下的冲击吸收能量及剪切断面率见表3。
2.2 分析与讨论
不同试验温度下 V形、U 形缺口试样的冲击吸 收能量与剪切断面率结果见表4。由表4可知,无 论是V形缺口还是U形缺口,冲击吸收能量及剪切 断面率均随着试验温度的降低而下降。主要是因为材料存在低温脆性,即随着温度的降低,材料的断裂 机制由韧性断裂转变为脆性断裂,表现为冲击吸收 能量明显下降,断口形貌由纤维状断口转变为结晶 状断口。
利用 Origin软件对不同缺口类型的冲击吸收 能量进行拟合,如图2所示。由图2可知,同一温度 下,V形缺口冲击吸收能量小于 U 形缺口冲击吸收 能量。冲击试验过程,材料主要发生弹性变形、塑性 变形、断裂等3个过程。由于 V形缺口的根部曲率 半径小,更容易造成应力集中,导致 V 形缺口的冲 击吸收能量较 U形缺口的小。
利用 Origin软件对不同缺口类型的剪切断面 率进行拟合,如图3所示。由图3可知,剪切断面率 随温度的变化趋势与冲击吸收能量随温度的变化趋势一致。U形缺口试样测得的韧脆转变温度FATT50 低于 V形缺口试样测得的。
3 结论
由于 V形缺口的根部曲率半径小,更容易造成 应力集中,因此 U 形缺口冲击试样测得的韧脆转变 温度低于 V形缺口冲击试样测得的韧脆转变温度。 建议GB/T229-2007标准明确在检测韧脆转变温 度时的冲击缺口类型。
参考文献:
[1] 马志青.4130X钢韧脆转变温度的测定[J].理化检验 (物理分册),2005,41(3):122-123.
[2] 叶世亮,谢晓宇,薛小丽.摆锤刀刃半径对冲击试验结 果的影响[J].理化检验(物理分册),2019,55(3): 159-164.
[3] 罗晓蓉,陈晨枫,丁欲晓,等.基于 Origin软件正确评 定韧脆性转变温度[J].物理测试,2010,28(2):37- 39.
[4] 梁波,李杰.35CrNi3MoV 钢韧脆转变温度测定[J]. 理化检验(物理分册),1997,33(2):26-26.
[5] 全国钢标准化技术委员会.金属材料 夏比摆锤冲击 试验方法:GB/T229-2020[S].北京:中国标准出版 社,2020.