工程機(jī)械用hg50和cf60鋼的動(dòng)態(tài)斷裂韌性

1、工程機(jī)械用工程機(jī)械用HG50HG50和CF60CF60鋼的動(dòng)態(tài)斷裂韌性鋼的動(dòng)態(tài)斷裂韌性唐國(guó)翌董劍鵬陳卓華劉雅娣(清華大學(xué))(太原重型機(jī)器廠)摘要研究了兩種低合金高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼——HG50和CF60的母材和焊接接頭(包括焊縫和焊接熱影響區(qū))在三種壓頭位移速率下的斷裂韌性隨著溫度的變化行為，分析了加載速率和焊接工藝對(duì)于其斷裂韌性的影響。結(jié)果表明：HG50和CF60鋼的斷裂韌性盡管對(duì)于加載速率很敏感，仍然具有較好的動(dòng)態(tài)斷裂韌性，適于用做承

2、受沖擊的工程機(jī)械的受力構(gòu)件；焊接過(guò)程可造成韌—脆轉(zhuǎn)變溫度的升高，加大了韌—脆轉(zhuǎn)變曲線過(guò)渡區(qū)的溫度范圍，并使得過(guò)渡區(qū)內(nèi)的斷裂韌性數(shù)據(jù)具有較大的發(fā)散性。關(guān)鍵詞焊接動(dòng)態(tài)加載斷裂韌性INVESTIGATIONONTHEDYNAMICFRACTURETOUGHNESSPROPERTIESOFHG50CF60STEELSUSEDFENGINEERINGMACHINERYTANGGuoyiDONGJianpengCHENZhuohuaLIUYadi(

3、TsinghuaUniversity)(TaiyuanHeavyDutyMachineryWks)ABSTRACTThedynamicfracturepropertiesoftwoHSLAsteelsHG50CF60usedfengineeringmachinerytheirweldjointswerestudied.Theirfracturetoughnessvaluesversustemperatureweremeasuredres

4、pectivelyatthreedifferentcrossheadrates.Theeffectofmicrostructureloadingrateonfracturetougnesswereanalyzed.TheresultsshowthatHG50CF60havegooddynamicfracturetoughnessalthoughwhichissensitivetoloadingrates.Asaresultofthewe

5、ldingprocesstheductiletobrittletransitiontemperatureitsrangeisincreasedmarkedlytheexperimentaltoughnessdataweredispersedwithinthetransitionzone.KEYWDSweldingdynamicloadingfracturetoughness大型工程機(jī)械的受力構(gòu)件經(jīng)常采用焊接結(jié)構(gòu)。在選材上，這類構(gòu)件用鋼不

6、僅要求母材具有良好的性能，還要求其焊接接頭部位具有足夠的斷裂韌性，以避免發(fā)生脆性斷裂事故。目前，對(duì)于工程機(jī)械用鋼的選材往往依據(jù)在靜態(tài)加載下測(cè)得的鋼材斷裂韌性的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行［1］。但是，在實(shí)際使用時(shí)，工程機(jī)械構(gòu)件的服役情況是相當(dāng)復(fù)雜的，通常要承受較大的沖擊和振動(dòng)。在這種情況下，經(jīng)常出現(xiàn)滿足靜載斷裂韌性要求的鋼材在高于其韌—脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)發(fā)生脆性斷裂［2，3］，造成生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)上的損失。本文針對(duì)兩種低合金高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼——HG50和CF60鋼

7、，研究了它們的母材和焊接接頭(包括焊縫和焊接熱影響區(qū))在三種壓頭位移速率下的斷裂韌性隨著溫度的變化行為，分析了加載速率和焊接工藝對(duì)于其斷裂韌性的影響，希望能對(duì)工程機(jī)械受力構(gòu)件用鋼的選材和使用提供一些幫助。1試驗(yàn)過(guò)程試驗(yàn)過(guò)程圖1KⅠc(或KⅠd)與溫度的關(guān)系Fig.1RelationbetweenKⅠc(KⅠd)testtemperature(a)HG50鋼母材；(b)HG50鋼焊縫；(c)HG50鋼熱影響區(qū)；(d)CF60鋼母材；(e)

8、CF60鋼焊縫；(f)CF60鋼熱影響區(qū)HG50和CF60鋼的母材和焊接接頭的斷裂韌性對(duì)加載速率很敏感。從圖1中可以看出，當(dāng)加載速率為0.01mms時(shí)，HG50和CF60鋼的母材和焊接接頭的韌—脆轉(zhuǎn)變溫度較低，低于110℃；當(dāng)壓頭位移速率為50mms和5530mms時(shí)，韌—脆轉(zhuǎn)變溫度向高溫一側(cè)產(chǎn)生了明顯的移動(dòng)。同靜載時(shí)相比，韌—脆轉(zhuǎn)變溫度上升了幾十度。尤其是沖擊加載時(shí)，韌—脆轉(zhuǎn)變溫度達(dá)30℃。但這些數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于曾發(fā)生脆性斷裂事故的15

9、MnV鋼［1，2］。從圖1還可以看出，焊接試樣的斷裂韌性的數(shù)值較低，而且其韌—脆轉(zhuǎn)變溫度也比相應(yīng)的母材高。這與焊接工藝對(duì)材料的微觀組織的影響有關(guān)。3討論討論3.13.1韌—脆轉(zhuǎn)變行為的分析從上述試驗(yàn)結(jié)果可知，靜載下的KⅠc和動(dòng)載下測(cè)得的KⅠd數(shù)據(jù)在評(píng)價(jià)韌—脆轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生了很大的差異。這是由于動(dòng)態(tài)加載和靜態(tài)加載時(shí)的裂紋尖端區(qū)域發(fā)射位錯(cuò)的特性不同而造成的。裂紋尖端位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度決定了韌—脆轉(zhuǎn)變的發(fā)生［4］，而晶體中一個(gè)快速擴(kuò)展的裂紋和一個(gè)靜止

10、的裂紋的止裂韌性(KⅠa)是不同的［5］，高速擴(kuò)展的裂紋尖端來(lái)不及靠熱激活產(chǎn)生位錯(cuò)。一個(gè)靜止的裂紋在低速加載時(shí)，用于鈍化的有效時(shí)間大大長(zhǎng)于一個(gè)高速擴(kuò)展的裂紋用于鈍化的有效時(shí)間，位錯(cuò)鈍化對(duì)KⅠd的貢獻(xiàn)將降低［3］，這意味著高速加載時(shí)要想保持同樣的KⅠa，就必須升高轉(zhuǎn)變溫度［1］。試驗(yàn)中，隨著加載速率的提高，裂紋尖端位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)條件將發(fā)生變化，致使裂紋尖端難于發(fā)射位錯(cuò)，裂紋尖端區(qū)域的斷裂止裂韌性大大低于相同溫度下低速加載的情形，造成了韌