任学冲[1]2003年在《加载速率对不同组织合金钢缺口试样断裂行为的影响》文中认为本文对一种低合金高强钢(WCF62)通过热处理获得了粗、细两种不同晶粒度的组织。对两种钢组织在1-500mm/min的加载速率范围内和-100℃温度下进行不同加载速率下的拉伸实验，测量了两种钢组织在不同应变率下的拉伸力学性能。对两种组织的单缺口和双缺口试样在-100℃温度下进行了1-500mm/min的加载速率范围内不同加载速率下的四点弯曲(4PB)实验和叁点弯曲冲击实验(v=2000，4700mm/s)，通过实验观察和参数测量，并结合不同加载速率下缺口前端的应力、应变和应变率分布的有限元(FEM)计算，对加载速率对不同组织缺口试样断裂行为的影响进行了研究。 结果表明：无论粗晶还是细晶材料缺口试样，当加载速率增加时，断裂模式从延性断裂转变为延—脆转变断裂进而变为从缺口根部直接起裂为特征的全脆性解理断裂，其解理断裂的临界事件也由珠光体和铁素体尺寸的裂纹扩展控制为主变为扩展与形核的混合控制进而变为形核控制。细晶试样发生转变的加载速率高于粗晶试样，解理断裂应力σ_f、缺口韧性与断裂模式和临界事件相关，在延—脆转变断裂模式和扩展控制的临界事件下，解理断裂应力σ_f和缺口韧性较高。在全脆性解理断裂模式及形核控制的临界事件下，σ_f和缺口韧性低。在断裂模式和临界事件一定的条件下断裂应力σ_f基本不随加载速率v变化，缺口韧性随v的增加而降低。在两种断裂模式和临界事件下，细晶试样的解理断裂应力σ_f和起裂应变ε_(pc)均高于粗晶试样；在相同的加载速率下，细晶试样的缺口韧性高于粗晶试样。当解理断裂的临界事件为形核控制时，随加载速率的增加临界起裂应变ε_(pc)有减小的趋势。对两种组织的断裂模式、临界事件、断裂应力、缺口韧性随加载速率变化的机理进行了分析。
王玉良[2]2004年在《加载速率对不同缺口尺寸和加载方式试样断裂行为的影响》文中研究表明本文在-110℃和1～500mm／min的加载速率范围内，对一种压力容器钢16MnR进行了不同加载速率下的拉伸实验，测量了该钢在不同应变率下的拉伸力学性能。对两种不同缺口尺寸的缺口试样(V、I)和一种裂纹试样(C)在-110℃和1～500mm／min的加载速率范围内进行了不同加载速率下的四点弯曲(4PB)和叁点弯曲(3PB)实验，通过实验观察和参数测量，并结合不同加载速率下缺口和裂纹前端的应力、应变和应变率分布的有限元(FEM)计算，对加载速率对不同缺口尺寸和加载方式试样断裂行为的影响进行了研究。得到了下列主要结果：(1) 不同缺口(裂纹)尺寸的V、I和C叁种试样的应力集中和塑性拘束度依次增加，其宏观断裂行为敏感的加载速率范围按1～120mm／min，1～60mm／min和1～30mm／min依次降低，在这一范围内，其断裂模式随v的增加由延-脆转变断裂迅速转变为全脆性解理断裂，表征韧性的断裂吸收功E随之迅速降低。在超出上述速率范围的较高加载速率下，叁种试样的断裂行为对加载速率不敏感，其断裂模式保持为全脆性解理断裂，韧性较低，并且基本不随加载速率v变化。(2) 有限元计算表明：缺口试样的整体屈服载荷Pgy，缺口前的应力，应变率均随加载速率的增加而增加。加载方式(3PB，4PB)对缺口前应力、应变和应变率的分布基本没有影响。塑性拘束较大的直缺口试样(I)的整体屈服载荷及缺口前的应力、应变和应变率比塑性拘束较小的V缺口试样(V)大。直缺口(I)前的应力分布对加载速率和外加载荷更敏感，即速率和载荷的增加使尖锐缺口前的应力增加更快，这是尖锐缺口试样的断裂行为对速率更为敏感的原因之一。(3) 加载速率(1～500mm／min)，缺口尺寸(I，V)和加载方式(4PB，3PB)对所试验的16MnR钢的细观解理断裂应力σf基本没有影响。其细观原因为该钢解理断裂的临界事件在不同加载速率、不同缺口尺寸和不同加载方式的试样中没有发生变化。其临界事件为铁素体晶粒尺寸裂纹扩展控制和裂纹形核控制的竞争，即混合型临界事件。因而σf是一个不受试样尺寸和加载条件影响的钢的本质韧性参数。(4) 宏观解理断裂应力σF是试样断裂时缺口前的最大正应力σyymax，其测定值主要由细观的σf决定，也不随加载速率、缺口尺寸和加载方式变化。σF的值略高于σf，其分散度小，值更稳定，测量也简单、方便，并且与外加载荷P／Pgy密切相关。因此σF是一个潜在的工程参数，可用来评价不同加载速率下、不同缺口几何及不同加载方式时材料与结构的韧性和安全性。(5) 用σyymax≥σF判据，结合缺口前应力分布的FEM计算，预测了不同加载速率下、不同缺口尺寸和不同加载方式试样的断裂载荷比Pf／Pgy及其分散带，预测结果与实验测量吻合良好，表明加载速率对不同缺口尺寸和加载方式试样缺口韧性的影响，及不同缺口尺寸试样断裂行为的加载速率敏感性，可以用缺口试样解理断裂的最大正应力判据σyymax≥σF进行分析和描述。同时也进一步表明σyymax≥σF是一个潜在的工程解理断裂判据。、、.口洲兰州理工大学硕士学位论文摘要 (6)钢中大尺寸的条形和球形夹杂物，在加载早期与基体剥离形成条状和球状孔洞缺陷(即初始损伤)，在这些缺陷尖端及其附近产生较高的局部应力、应变集中，从而促使了解理的起裂和扩展。
刘家骅[3]2015年在《模拟核电环境对SA508-Ⅲ钢断裂韧性及断裂行为影响机理》文中指出核电是高效、环保、可持续发展的能源。近年来随着我国用电量不断增加,核电在我国能源供应上已经占据越来越重要的地位。SA508-Ⅲ低合金钢是一种高强度钢,以其优良的综合力学性能被作为核反应堆压力容器安全端用材。由于核电站压力容器为压水堆核电站不可更换的大型关键部件,不仅高温高压服役环境易造成其损伤,而且面临地震、海啸等安全隐患,将严重影响核电站的安全运行。基于核电站高安全性和高可靠性的运行要求,预测核电材料在服役条件下的寿命具有非常重要的意义。随着我国核电发展及核电设备的国产化,评价核电安全端用材在核电站服役环境下的断裂韧性及建立客观的材料韧性指标成为迫在眉睫的要务。本文以国产SA508-Ⅲ钢为研究对象,采用J积分的方法系统的研究了模拟压水堆核电站一回路服役环境下(氢、应变速率和温度)钢的断裂韧性及断裂行为,借助光学显微镜、扫描电子电镜和透射电子电镜探讨了SA508-Ⅲ钢断裂机制及氢脆机理,为核电站运营环境提供安全可靠的理论依据。研究了钢的断裂韧性随氢含量的变化规律,以及钢的断裂机理与氢之间的对应关系。研究发现,随氢含量增加,钢的断裂韧性降低。当氢含量超过5.60 ppm时,断裂韧性显着降低,断裂方式由纯微孔聚集型断裂转变为类似准解理加韧窝复合型断裂。当氢含量达到8.70 ppm时,其断裂韧性降为311.70 kJ/m2,其韧性损失达31.80%。由于碳化物为氢的强陷阱,在叁向应力诱导下氢富集于碳化物和基体界面处,氢压达到临界值时,则在此处形成空洞,加速了裂纹扩展,从而导致钢的断裂韧性降低。本研究得到了SA508-Ⅲ钢断裂韧性(JQ, kJ/m2)与氢含量(CH,ppm)之间的定量关系式,即为：JQ=-88.6expCH/8+560.2。研究了不同应变速率下未充氢与充氢SA508-Ⅲ钢的断裂韧性变化规律,以及应变速率对氢脆敏感性的影响。研究发现,随载荷速率降低,SA508-Ⅲ钢的断裂韧性降低,且充氢SA508-Ⅲ钢断裂韧性损失和氢脆敏感性均增加。随载荷速率降低,SA508-Ⅲ钢主裂纹沿碳化物与基体的界面启裂和扩展时间增加,进而生成了更多裂纹,导致钢的断裂韧性降低。充氢钢中的氢能够跟随可动位错迁移并富集在碳化物和基体界面处,使界面处的氢浓度增加、氢压增强,加速了裂纹扩展,成为钢的断裂韧性损失增加的主要原因。此外,钢的氢脆敏感性主要取决于氢与位错的相互作用,当应变速率低于5.21×10-3s-1时,柯氏氢气团随可动位错一同运动,位错可将氢传递到碳化物与基体界面处,造成局部氢浓度升高,形成氢致裂纹,裂纹扩展进入铁素体基体内造成类似准解理断裂,氢脆敏感性增加。当应变速率高于5.21×10-3 s-1时,柯氏氢气团的迁移速率逐渐跟不上位错的滑移速率,位错携带到碳化物周围的氢减少,故氢致脆性敏感性减弱。研究了SA508-Ⅲ钢断裂韧性随温度的变化规律,探讨了温度对钢断裂行为影响及作用机制。研究表明,SA508-Ⅲ钢的断裂韧性随温度增加先降低后升高。高于260℃,SA508-Ⅲ钢在一定应变速率下,其内部组织演变由动态回复转变为动态应变时效(Dynamic Strain Aging; DSA),DSA的发生有效提高了位错密度,减小了位错胞尺寸,提高了钢的变形抗力,增强了对裂纹尖端扩展的阻碍作用,因此提高了钢的断裂韧性。同时在应力和温度的共同作用下,钢中析出了细小碳化物,由此显着提高了钢的变形抗力,钢的断裂韧性增加。
刘崧[4]2012年在《一种新型锆钛合金动态断裂特性研究》文中研究表明本文以一种新型锆钛合金(47Zr-45Ti-5Al-3V)为研究对象,采用动态拉伸实验和动态断裂韧性实验来研究材料的动态断裂特性。首先利用直接撞击式Hopkinson拉杆(SHTB)实验技术对锆钛合金在室温、应变速率为1000s-1-4150s-1的动态拉伸力学行为进行了实验研究。实验结果表明,锆钛合金的平均动态屈服强度σ0.2=570MPa,平均动态抗拉强度σb=754MPa,且屈服强度和抗拉强度具有明显的应变率相关性,它们都随应变率的增加而增大,线性拟合结果显示,抗拉强度与应变率遵循线性关系(σb＝667.56+0.036ε),而屈服强度与应变率的线性关系复杂；锆钛合金的平均断裂伸长率εf=10.3%,失稳应变和断裂伸长率均随应变率的增加而增大,呈现出“高速韧性”的特点；由能量分析导出其平均动态破坏能密度为56.3J/mm3,在整个应变率范围内,合金的应变能密度随应变率的增加而增大。对回收试样断口进行了SEM分析,结果表明：随应变率的提高,材料的断裂方式由准解理断裂变为韧性断裂,材料的断裂机理为微孔聚集断裂。对试样的纵截面进行金相和SEM观察发现,随应变率的增大,片层状α晶粒的平均粒径降低,α晶粒沿平行于拉伸方向排列取向,这种取向有利于提高材料的断裂伸长率；对试样进行TEM分析发现,位错线密度以及位错滑移量随应变率的增大而提高,形成亚晶粒的能力增强,而形变孪晶密度随应变率增大而降低。锆钛合金的变形机理由较低应变率下的位错滑移机制和形变孪生共同作用机制变为较高应变率下位错滑移机制。利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验加载技术对预缺口的半圆盘弯曲试样进行Ⅰ型动态断裂实验,测量了包括起裂韧度、断裂能、传播韧度在内的叁个重要的断裂参数,并对其加载速率的相关性进行研究。结果表明：锆钛合金的平均起裂韧度、平均传播韧度和平均断裂能分别为89.1MPa·m1/2、86.3MPa·m1/2和6.54×104MPa·m,起裂韧度和传播韧度都随加载速率的增大而降低,传播韧度略小于起裂韧度。通过对动态断裂实验回收试样的断口进行SEM观察发现,锆钛合金在所有工况下的断裂方式为穿晶韧性断裂,材料的断裂机理为微孔聚集断裂,即材料的断裂是由裂纹的形核和扩展造成的。在裂纹扩展连接过程中出现两种途径：内颈缩会合和剪切型(之字形)扩展。后者与前者相比增大了裂纹扩展路径,使断裂过程消耗更大的能量,断裂韧性更大。由能量率的对比分析发现,SHTB动态拉伸断裂实验得到的锆钛合金断裂能量率G平均值为G=17.35KPa-m,与动态断裂韧性实验得到的断裂能G=72.52KPa-m处于同一量级。因此,锆钛合金在动态拉伸断裂实验和动态断裂韧性实验这两种不同动态加载方式下动态断裂性能是等效的。
任学冲, 王国珍, 陈剑虹[5]2003年在《加载速率对缺口前应力、应变分布的影响》文中进行了进一步梳理用动态有限元法,计算了一种低合金钢在不同加载速率下四点弯曲缺口试样缺口根部应力、应变和应变率的分布.结果表明:缺口前各点的应变率和试样整体屈服载荷Pgy随加载速率的增加而增加;在相同的P/Pgy下,缺口前各点的正应力随加载速率的增加而增加,而应变基本不变.加载速率对缺口前应力、应变分布的影响是由于其引起了缺口前应变率的变化,从而使材料力学性能发生变化所引起的.
邹吉权[6]2008年在《超高强度钢及其焊接接头的断裂行为研究》文中进行了进一步梳理超高强度钢广泛应用于航空、航天及其它军工领域,目前也扩展到建筑、汽车、桥梁等领域。然而,超高强度钢在应用过程中存在两种现象:一种是由于断裂韧性较低并存在加工缺陷,导致断裂事故时有发生;另一种是用高应力叁轴度的实验室试样去评价低应力叁轴度的实际结构,可能会导致过分保守的评估结果,造成浪费。针对这两种现象,本文以D406A钢为例,系统地研究了超高强度钢及其焊接接头的断裂行为。首先测试了D406A钢化学成分、夹杂物及金相组织,并分析了其对断裂韧性的影响;测试了D406A钢常规力学性能;介绍了D406A钢的焊接工艺和焊接材料,对焊接接头的力学性能和显微硬度进行了测试。采用英国BS7448标准,用叁点弯试样测试了8-10mm的D406A钢及其焊接接头的断裂韧度和J阻力曲线,分析了非匹配对接头断裂韧性的影响。测定了D406A钢表面裂纹断裂韧度。由于试验结果不能满足有效性判据,采用试验与有限元分析相结合的方法,应用弹塑性断裂力学测试材料的延性断裂韧度JIe,再用断裂力学理论转换成表面裂纹断裂韧度KIe,同时讨论了表面裂纹的J守恒和J主导。从而成功解决了用小试样测试表面裂纹断裂韧度KIe的问题。测试了焊接接头表面裂纹的断裂韧度(裂纹分别开在焊缝中心和距熔合线1mm处),详细分析了非匹配对接头断裂韧性的影响。将局部法应用于超高强度钢断裂行为的研究。对不同形状和裂纹尺寸试样的裂纹尖端应力场与HRR场进行了比较,分析了各种试样具有的不同的拘束度。测试了浅表面裂纹的断裂韧度,比较了深、浅表面裂纹的断裂韧度概率分布。用威布尔参数估计程序计算了D406A钢的形状参数和尺度参数,进而用深表面裂纹试样对浅表面裂纹试样断裂韧度的概率分布进行了成功预测。用有限元方法分析了含表面裂纹焊接接头母材和热影响区J积分随威布尔应力变化情况,比较了二者断裂韧度概率分布,并由均质母材对HAZ断裂韧度概率分布进行了成功预测。
罗炯[7]2014年在《环境对核电接管安全端接头断裂行为及断裂韧性影响》文中认为核电压力容器的接管安全端处于反应堆一回路压力边界,多为异种钢焊接结构,属于核安全重点关注部位。该种焊接安全端处于高温、高压的交变复杂应力的作用,同时还承受强烈的中子辐照,是核安全之薄弱环节。因此研究接头在不同服役环境因素作用下,接头的断裂行为及机理十分重要。本文以核电压力容器接头(SA508-3-309L/308L-316L)为对象,应用金相显微镜、扫描及透射电镜详细表征了接头不同区域的微观组织,采用硬度及拉伸试验表征接头局部力学性能,考察了接头焊缝金属在模拟压水堆核电站一回路服役不同的环境因素(氢、应变速率及温度)作用下的断裂韧性和断裂行为,探究影响接头断裂行为的组织因素作用机制。所获主要结果如下：研究发现,接头存在显着的组织不均匀性,焊缝及母材界面区域由于焊接过程的热流动及元素扩散形成复杂的熔合区及热影响区,焊缝存在多种形态的铁素体。焊缝具有最低的硬度、强度和塑性。且拉伸试验中接头断裂均发生在隔离层内,因此隔离层为接头最薄弱环节,其原因主要是由于隔离层内铁素体为板条状的形貌、局部低强度匹配及最高的焊接残余应力导致的。结果表明,接头强度及延伸率均随温度升高而显着降低,断裂位置仍为隔离层。随温度升高,焊接接头的断裂韧性降低。高温下,焊缝内的第二相粒子更易成为裂纹源,使得裂纹更易扩展,同时接头焊缝内位错密度降低,致使接头屈强差下降,较小的屈强差不利于一次疲劳裂纹前端应力集中部位的应力重新分布,从而断裂韧性降低。研究发现,应变速率对未充氢接头拉伸性能影响不明显,但断裂韧性随载荷速率升高逐渐升高。氢促进位错增殖使接头强度略有降低,且延伸率下降。断裂韧性在氢致表观屈服应力降低的作用下急剧下降。充氢接头断口局部区域出现解理平面、界面开裂等脆性特征断口形貌。氢与位错的交互作用存在一个临界应变速率,低于临界应变速率氢对接头的影响较大,高于临界应变速率时影响逐渐降低。因此随应变速率降低,接头延伸率及断裂韧性损失均逐渐增大。
万鸣[8]2010年在《加载速率对Q235和1Cr18Ni9力学性能的影响》文中提出采用四种加载速率(1、5、10和15 mm/min)对Q235平板试样和圆形试样以及1Cr18Ni9平板试样进行了拉伸试验。结果显示:在此加载速率范围内,Q235的抗拉强度、屈服强度和伸长率基本不受加载速率的影响,而1Cr18Ni9不锈钢的抗拉强度和伸长率呈降低的趋势,屈服强度则随加载速率的增大而明显地增大。
卢庆华[9]2003年在《地震载荷下钢结构焊接接头断裂行为的研究及评估》文中提出钢结构重量轻、抗震性能好，在工业生产领域和高层建筑中得到广泛的应用。但近几次大地震中，许多抗弯钢结构的梁柱焊接节点并未像设计时所预期的那样发挥良好的延性性能，而是出现了脆性破坏，可以看出有一个潜在的危险性没有考虑。同时，在强烈地震条件下，钢结构将承受剧烈的冲击。钢材对冲击载荷很敏感，它容易受强烈冲击而损伤，从而导致钢结构的强度和承载能力下降。 有鉴于此，本文主要模拟地震载荷，对钢结构焊接接头在预应变及动载下的断裂行为等问题进行了一系列的研究。 以常用建筑结构钢 Q345 和 Q235B 为研究对象,通过不同温度下的夏比冲击试验研究预应变对母材和焊缝冲击性能的影响。结果表明：材料在预应变下无论是母材还是焊缝夏比冲击韧度均有所降低，韧-脆转变温度有所提高。Q345 母材和焊缝 5%预应变后的韧-脆转变温度均低于 0℃，10%预应变后低于室温，因此都可在室温下安全使用；而 Q235B 钢，除 5%预应变后的焊缝的韧-脆转变温度较低外，其它经过预应变后的韧-脆转变温均高于室温。为建立客观的材料韧度指标和进行更有效的安全分析时，预应变应作为一个考虑因素。 测试了Q345和Q235B母材与焊缝在无预应变与10％预应变下的力学性能，得出随着预应变增加，材料的屈服强度与抗拉强度均有所提高的结论。同时，验证了按公式推导出的预应变与屈服强度的关系与试验结果吻合，并进一步推导出在 5％预应变下材料的力学性能。 测试了 Q345 和 Q235B 两种材料的母材与焊缝在 5％预应变和 10％预应变静态下的 CTOD 值，研究预应变对 CTOD 断裂韧度的影响。 对 Q345 和 Q235B 在地震载荷作用下的动态断裂韧度与静态断裂韧度进行比较分析。计算不同加载速率下焊缝和母材的 CTOD。结果表明，常温下动载对Q345 钢焊缝和母材的断裂韧度有利，而对 Q235B 则产生不利影响。 最后，介绍了两种目前最新的危险评估方法，这两种危险评估方法可以使工程技术人员对结构的脆性断裂危险性进行有效的评估，对已遭破坏的结构决定修补措施，从而使危险降至最低程度。并运用该方法对不同预应变下的 Q345 和Q235B 进行评估。可以看出加工制造与检测环节对结构的安全性影响很大；当材料已经有了大的应力/应变，则温度对危险性的影响甚微。 建议：对于需要考虑抗震能力的钢结构的重要部件建议采用 Q345 钢制造。
崔志峰[10]2007年在《锌铝合金动态断裂性能研究》文中研究指明本文采用ZA35合金作为试验材料，进行高载荷速率下的动态断裂试验，通过对试验过程及Hopkinson杆断裂原理的分析，对其中存在的影响材料在高载荷速率下断裂能精度的因素，即弥散效应、接触点位移和惯性效应提出了修正方法。并利用所提出的修正方法进行修正，得到该合金的断裂能(U)—应变率(K)关系曲线。对ZA35合金进行动态断裂韧度试验，得到该合金动态断裂韧度(K_(Id))—应变率(K)关系曲线。通过对比两种关系曲线，结果表明对叁种影响因素所提出的修正方法是行之有效的。修正后得到的能量值可看作是材料在高载荷速率下真实的断裂功。选用ZA8、ZA27和ZA35叁种合金为试验材料，利用所提出的修正方法，研究Zn-Al合金显微组织结构和载荷速率对断裂性能的影响。不同加载速率下的动态断裂试验在Hopkinson杆上进行。通过对组织结构、断口形貌和载荷速率效应的分析表明，在相同载荷速率下，Zn-Al合金随Al含量的增加组织逐渐细化，断口形貌由解理状向韧窝状转变，使得断裂功逐渐增大，载荷速率敏感性逐渐增加。随着载荷速率的提高，ZA8的断口形貌不发生变化，故断裂能基本不变，而ZA27、ZA35由于断口形貌有由韧窝状向准解理状转变的趋势，所以断裂能逐渐降低，且载荷速率敏感性也逐渐降低。
参考文献：
[1]. 加载速率对不同组织合金钢缺口试样断裂行为的影响[D]. 任学冲. 兰州理工大学. 2003
[2]. 加载速率对不同缺口尺寸和加载方式试样断裂行为的影响[D]. 王玉良. 兰州理工大学. 2004
[3]. 模拟核电环境对SA508-Ⅲ钢断裂韧性及断裂行为影响机理[D]. 刘家骅. 东北大学. 2015
[4]. 一种新型锆钛合金动态断裂特性研究[D]. 刘崧. 西南交通大学. 2012
[5]. 加载速率对缺口前应力、应变分布的影响[J]. 任学冲, 王国珍, 陈剑虹. 甘肃工业大学学报. 2003
[6]. 超高强度钢及其焊接接头的断裂行为研究[D]. 邹吉权. 天津大学. 2008
[7]. 环境对核电接管安全端接头断裂行为及断裂韧性影响[D]. 罗炯. 东北大学. 2014
[8]. 加载速率对Q235和1Cr18Ni9力学性能的影响[J]. 万鸣. 热加工工艺. 2010
[9]. 地震载荷下钢结构焊接接头断裂行为的研究及评估[D]. 卢庆华. 天津大学. 2003
[10]. 锌铝合金动态断裂性能研究[D]. 崔志峰. 哈尔滨工程大学. 2007
标签：金属学及金属工艺论文; 断裂韧性论文; 应变速率论文; 应力集中论文; 解理断裂论文; 应力应变曲线论文; 剪切应变论文;