Page 30 - 理化检验-物理分册2023年第十期
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许鹤君, 等: 混合型断口金属材料韧脆转变温度评价的仪器化冲击试验
目视观察导致的人为引入误差, 可进一步促进冲击 290~325HBW , 将 其 加 工 成 规 格 为 10 mm ×
试样断口韧脆特征评价过程的统一性和规范化 [ 1-3 ] 。 10mm×55mm ( 长× 宽 × 高) 的夏比 V 型缺口冲
击试样, 共20件。
1 试验材料
表1 SAE4140合金钢化学成分 %
按照 GB / T19748 — 2019 《 金属材料 夏比 V 型 质量分数
项目
缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法》 对典型断口材 C Mn P S Si Cr Mo Fe
料34CrNiMo6合金钢进行了仪器化冲击试验, 总结 0.16~0.90~ 0.15~0.40~0.13~
实测值 0.030 0.040 余量
出典型断口材料韧脆转变特性评价的仪器化冲击试 0.23 1.20 0.35 0.60 0.20
验方法, 进而将其运用至混合型断口材料SAE4140 SAE4140材料在低温冲击后断口形貌的韧脆
的韧脆转变温度评价中, 通过选用标准附录不同公
界限不清晰, 呈明显的混合形态, 与典型的断口形貌
式计算得到相应的剪切断面率, 利用 Boltzmann函
有较大差异( 见图1 )。其中: 图1a ) 为室温下的断口
数拟合曲线, 找出相应的韧脆转变温度点, 以此验证
形貌, 呈纯剪切断口形貌; 图 1b ) 为 34CrNiMo6 钢
该方法的可行性。
室温冲击后的断口形貌, 由上至下试验温度分别为
-60 , -90 , -110 ℃ , 可看出脆性断裂区所占比例
测试对象中的典型断口材料选用 34CrNiMo6
合金 钢, 将 其 加 工 成 规 格 为 10 mm×10 mm×
随试验温度的降低而明显增大; 图1c ) 为-196℃条
55mm ( 长×宽×高) 的试样, 共24件。非典型断口 件下的纯解理断口形貌; 图1d ) 为SAE4140钢试样
材料选用 SAE4140 合金钢, 其化学成分如表 1 所
在-40℃冲击后的断口形貌, 呈灰暗色, 且无明显
示。 SAE4140的热处理工艺为: 860 ℃ 正火, 淬火
韧脆区域分界线 [ 4-6 ] 。
介质 质 量 分 数 为 2% , 590 ℃ 回 火, 布 氏 硬 度 为
图1 各类混合型断口宏观形貌
图2为上述对应各断口的微观形貌。图2a ) 为
典型的纯剪切断口, 形貌较为粗糙, 一般塑性较好材 2 典型断口材料34CrNiMo6钢的试验结果
料的微观形貌上可见韧窝状孔洞; 图 2b ) 为典型的 首先利用仪器化冲击试验方法对 34CrNiMo6
纯解理断裂形貌, 各河流状纹理对应着各自不同高 合金钢进行韧脆转变温度评价, 因其断口具有典型
度的解理面台阶; 图 2c ) 为塑性区域和脆性区域分 韧脆分明的特征, 因此只需依照常规试验步骤进行
界处的低倍形貌, 二者间由一条明显台阶隔开, 表现 评价。采用目视评价试样断口剪切断面率, 确定下
为韧窝肀韧窝 + 准解理面肀纯解理的断面过渡方 一个冲击试样的试验温度, 选用 Boltzmann函数对
式, 穿晶断裂所占的比例向解理区一侧逐渐增多, 而 曲线进行拟合, 得到韧脆区域各占50%时对应的温
韧窝数量逐渐减少; 图 2d ) 为 SAE4140 合金钢在 度点, 获取每组试样的力 - 位移曲线, 得到各个力特
-40℃下的微观形貌, 韧窝及少量“ 河流状纹理” 掺 征值: 屈服力F gy 、 最大力F m 、 不稳定裂纹扩展起始
杂在一起, 没有明确的韧脆分界界面, 宏观表现为无 力 F iu 、 不 稳 定 裂 纹 扩 展 终 止 力 F a , 利 用 GB / T
法使用目测的方式去评价冲击试样的剪切断面率, 19748 — 2019资料性附录 D 中的公式计算各个试样
后期很难对其进行韧脆转变温度评价。 的剪切断面率, 如式( 1 ) ~ ( 4 ) 所示。
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