Page 28 - 理化检验-物理分册2022年第十一期

邹 鹏: 摆锤冲击吸收能量和断口测量结果的关系

淀硬化 不 锈 钢, 进 行 相 应 热 处 理, 加 工 成 规 格 为 表 1 不同材料热处理后的力学性能测试结果

100mm×300mm ( 直径 × 长度) 的圆形锻件。各试 材料 抗拉 屈服
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K U2 J K V2 J

样的 热 处 理 工 艺 分 别 为: 20 钢 是 正 火 + 回 火; 牌号 强度 / MPa 强度 / MPa
20CrMo 钢、 45 钢、 35CrMo 钢、 35CrMoV 钢、 20 463 278 190 , 194 186 , 192 , 200
40CrNiMoA 钢和 42CrMoE 钢 是 正 火 + 淬 火 + 回 ASTM A266 464 311 192 , 196 170 , 180 , 180

火; X12Cr13 钢、 12Cr13 钢和 1Cr17Ni2 钢是淬火 + 45 774 486 88 , 90 44 , 44 , 46
回火; 2.25Cr-1Mo 、 2.25Cr-1Mo-V 低碳合金钢是亚 20CrMo 701 573 186 , 190 178 , 182 , 182
温淬火 + 回火; 沉淀硬化不锈钢 FV520 ( B ) 是固溶 35CrMo 828 635 60 , 62 32 , 32 , 30
化、 调整 和 不 同 时 效 温 度 处 理, 其 中 固 溶 化 选 用 35CrMoV 1046 900 52 , 56 28 , 26 , 26

1050 ℃ 空冷, 调 整 选 用 850 ℃ 油 冷, 固 溶 化 和 调 40CrNiMoA 1082 967 100 , 102 56 , 56 , 60

整、 调整和时效处理需要一定的间隔时间 [ 1 ] , 试样表 42CrMoE 922 759 156 , 150 120 , 120 , 118

面恢复到室温( 25 ℃ ) 后, 在 480 , 500 , 550 , 580 ℃ 时 42CrNiMo6 1143 1046 100 , 96 62 , 66 , 68

效温度下进行热处理。 12Cr13 801 688 78 , 80 38 , 44 , 46
18 个试样全部进行热处理后, 用线切割方法纵 X12Cr13 764 627 92 , 96 62 , 60 , 64
向取样。拉伸试样、 冲击试样和硬度试样在距离材
1Cr17Ni2 864 675 76 , 78 34 , 32 , 32
料表面 1 / 3 半径处取样。拉伸试样为 5 倍 标距试
2.25Cr-1Mo 764 633 200 , 202 176 , 180 , 186

样, 加工成标距为 30 mm , 平行部分直 径为 6 mm
2.25Cr-1Mo-V 970 874 170 , 172 158 , 160 , 152
的圆棒状拉伸试样。冲击试验需要加工 5 个试样,
FV520 ( B ) -480 1025 995 164 , 166 132 , 136 , 140
其中 2 个为夏比 U 型缺口, 另外3 个为夏比 V 型缺
FV520 ( B ) -500 1027 1003 160 , 162 140 , 142 , 150

口, 深度均为 2mm , 试验设备为 RAS250 型万能试
FV520 ( B ) -550 1117 1081 116 , 120 68 , 68 , 70
验机。依照 GB / T228.1 — 2021 《 金属材料 拉伸试

FV520 ( B ) -580 1110 1072 90 , 94 58 , 58 , 60

验 第 1 部分: 室温试验方法》 的要求对试样进行拉

伸试验, 依照 GB / T229 — 2020 《 金属材料 夏比摆
锤冲击试验方法》 的要求对试样进行冲击试验。
测试结
2 不同缺口形式试样的 K U2 和 K V2
果的关系
不同材料热处理后的力学性能测试结果如表 1
的
所示, 将表 1 数据进行整理, 绘制成 K U2 与 K V2
关系曲线( 见图 1 )。由表 1 和图 1 可知: 碳素结构
钢和低合金钢的抗拉强度和屈服强度较低, 冲击韧

性较高, 且当试样的冲击吸 收 能 量 约 为 200J 时,
, 的比值接近于 1 ; 马氏 图 1 不同材料 K U2 与 K V2 的关系
K V2 略低于 K U2 K V2 与 K U2
体不锈钢材料的冲击韧性较差; 2.25Cr-1Mo 钢作为
与断口测量结果的关系
低碳合金钢, 在高强度区域仍然拥有一定的冲击韧 3 K V2
性; 同种材料经相同热处理工艺后, 其 V 型缺口试 )
3.1 韧 - 脆转变温度( F ATT50

样的 27J冲击吸收能量大致对应 U 型缺口试样的
冲击试样断口存在纤维区、 放射区与剪切唇 3
60J冲击吸收能量。 K U2≥40J和 K V2≥27J为目 个部分, 有时在断口上还可以看到 2 个纤维区, 且放

为
前普遍使 用 的 两 种 冲 击 韧 性 验 收 条 件, 当 K U2 射区位于 2 个纤维区之间。出现 2 个纤维区是因

为: 试样受冲击时, 缺口一侧受拉伸作用, 裂纹首先
50J的试样再加工成 V 型缺口试样后, 试样的 K V2

仅为 20J , 此时试样能满足 K U2≥40J的验收要求, 在缺口处形成, 并沿厚度两侧及深度方向扩展, 因为
但 不 能 满 足 K V2 ≥ 27 J 的 验 收 要 求,所 以 缺口处是平面应力状态, 若试样具有一定的塑性, 则

K V2≥27J的验收要求比 K U2≥40J严格。 在裂纹扩展过程中会形成纤维区; 当裂纹扩展到一
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