低温卷取热轧双相钢的显微组织及疲劳性能

采用扫描电镜、拉-拉疲劳试验机等研究了低温卷取热轧双相钢的显微组织及疲劳性能。结果表明:热轧双相试验钢的疲劳极限约为530 MPa;低温卷取工艺生产的热轧双相试验钢夹杂物平均尺寸多在5 μm以下,晶粒比较细小,马氏体组织较细小且弥散均匀分布,具有良好的综合力学性能。热轧双相试验钢疲劳裂纹源位于样品表面的棱角处,疲劳裂纹扩展区上有大量的韧窝、撕裂棱、疲劳辉纹和二次裂纹,瞬断区以浅韧窝为主,由于铁素体和马氏体发生不同程度的应变,最终二次裂纹在铁素体和马氏体的相界面萌生。二次裂纹虽然萌生但并未扩展,大量二次裂纹分散主裂纹尖端应力集中,可有效降低裂纹扩展的驱动力,降低疲劳裂纹扩散速率,抑制疲劳裂纹扩展,使疲劳强度得到提升。     

亚温淬火-回火组织对18CrNiMo7-6齿轮钢疲劳性能的影响

以不同厂家生产的两炉18CrNiMo7-6齿轮钢(标记为IQ-T-1、IQ-T-2)为研究对象,分析了试验钢经亚温淬火-回火(Intercritical quenching and tempering,IQ-T)处理后的显微组织对其力学性能、旋转弯曲疲劳性能和疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:IQ-T-1试验钢的强度和疲劳强度较IQ-T-2试验钢分别提高了97 MPa和96 MPa,具有更好的力学性能和疲劳性能。IQ-T-1试验钢组织为细小铁素体+小块马氏体+回火马氏体,而IQ-T-2试验钢组织为粗大铁素体+回火马氏体。IQ-T-1试验钢中细小铁素体+小块马氏体使裂纹分枝、裂纹闭合和应力屏蔽现象均更为显著,对裂纹萌生和扩展的阻碍作用更大。     

针状铁素体X65管线钢中MA岛结构表征及其对疲劳裂纹扩展的影响

利用聚焦离子束(FIB)刻蚀方法精确制备了针状铁素体X65管线钢的马奥岛(MA)薄膜样品，随后采用电子背散射衍射(EBSD)技术和透射电镜(TEM)对MA岛的亚结构进行了表征，并研究了MA岛在疲劳裂纹扩展中的作用。结果表明，针状铁素体X65管线钢中MA含量约为5.7%,MA岛主要弥散分布在晶界处，尺寸≤3μm。MA岛内部亚结构被马氏体和残留奥氏体分割为大小不等的块区，残留奥氏体与马氏体相互交错分布，一些区域马氏体与奥氏体存在共格关系。MA岛内部残留奥氏体与马氏体交错分布的特征对疲劳裂纹扩展具有显著的抑制作用，当疲劳裂纹扩展路径遇到MA岛时，主裂纹扩展方向发生偏折，并绕过MA岛，而支裂纹则被MA岛所捕获，停止扩展。     

珠光体组织疲劳裂纹扩展方式的观察

珠光体组织的疲劳裂纹扩展方式可分为A,B,C三种类型。A型为裂纹同时横切多层铁素体片和渗碳体片而扩展;B型为裂纹逐层切割铁素体片和渗碳体片扩展;C型为裂纹只沿一层铁素体片或其界面扩展。A型出现的几率最大,B型的扩展阻力最大,C型的扩展阻力和出现的几率都最小。在疲劳裂纹扩展过程中它们的断口特征和比例都不同。在疲劳裂纹慢速扩展区,珠光体组织的疲劳裂纹扩展方式为A型加部分C型或B型。在疲劳裂纹稳态扩展区以A型和B型为主,可见明显的疲劳条纹,在快速扩展区以解理或韧窝为主。     

OBSERVATION ON FATIGUE CRACK PROPAGATION OF PEARLITIC STRUCTURE

珠光体组织的疲劳裂纹扩展方式可分为A,B,C三种类型。A型为裂纹同时横切多层铁素体片和渗碳体片而扩展;B型为裂纹逐层切割铁素体片和渗碳体片扩展;C型为裂纹只沿一层铁素体片或其界面扩展。A型出现的几率最大,B型的扩展阻力最大,C型的扩展阻力和出现的几率都最小。在疲劳裂纹扩展过程中它们的断口特征和比例都不同。在疲劳裂纹慢速扩展区,珠光体组织的疲劳裂纹扩展方式为A型加部分C型或B型。在疲劳裂纹稳态扩展区以A型和B型为主,可见明显的疲劳条纹,在快速扩展区以解理或韧窝为主。     

冷轧双相钢疲劳断裂行为及组织分析

针对不同强度的双相钢开展了疲劳特性分析，选取5种强度的双相钢开展了力学性能和微观组织对比分析；采用MTS 810液压多功能试验机进行了拉-压疲劳测试，获得了应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线；对疲劳断口形貌和表面形貌进行了观察；分析了马氏体含量对双相钢疲劳断裂行为的影响；对不同碳含量的双相钢疲劳裂纹扩展速率进行了对比分析，并对裂纹形貌进行了观察，获取影响疲劳寿命的主要因素。结果表明，铁素体先于马氏体发生微观塑性变形而形成可能的裂纹源；随着双相钢强度级别的提高，马氏体含量不断提高，材料的疲劳极限也逐步提高，疲劳极限与马氏体含量之间呈现线性的变化关系；马氏体含量由4%提高到40%左右时，双相钢的疲劳极限提高了约57%;与高碳HC420/780DP相比，低碳HC420/780DP的裂纹扩展速率明显降低，主要由于马氏体岛分布更加弥散细小；低碳HC420/780DP的疲劳裂纹扩展速率比高碳HC420/780DP低。     

终轧温度对热轧双相钢DP580组织及性能影响

通过光学显微镜、疲劳实验机和拉伸实验机等设备,以首钢热轧双相钢DP580为研究对象,研究了两种典型终轧温度对其组织、拉伸性能、疲劳性能的影响。结果表明:不同终轧温度导致铁素体尺寸、马氏体含量及形态存在明显差异。终轧温度升高,铁素体尺寸显著增加,马氏体呈现岛状,体积分数较高但形状不规则且多棱角;终轧温度降低,铁素体晶粒尺寸较小且含量较高,马氏体岛弥散均匀分布。对比力学性能发现,不同终轧温度下DP580钢的屈服强度差别较大,认为高终轧温度时产生的较大尺寸铁素体可导致屈服强度偏低。对比应力疲劳S-N曲线发现,高温终轧时DP580钢疲劳寿命较低,认为铁素体尺寸较大以及形状不规则、且多棱角的马氏体岛加速了裂纹的萌生及扩展。     

45钢上堆焊Fe-C-Cr-Nb合金的压缩疲劳行为

针对水泥挤压辊的压缩疲劳工况,采用自行设计的双切口疲劳试样,试验了45钢母材上堆焊六种Fe-C-Cr-Nb合金的压缩疲劳行为. 对疲劳试样表面进行原位观察和激光共聚焦裂纹分析,切口的应力应变集中促进其下方热影响区(HAZ)局部滑移线聚集并形成塑性变形区,同时在切口底部边缘萌生疲劳裂纹,穿过堆焊合金扩展进入HAZ. 疲劳裂纹还在熔合线萌生并扩展,最后导致疲劳失效. 试验结果表明,疲劳试样的a-N曲线近似为直线. 堆焊合金基体组织主要为高硬度马氏体时,疲劳裂纹扩展速率大,疲劳寿命仅5万次;基体组织为较软的铁素体或奥氏体时,裂纹扩展速率小,疲劳寿命长达54万次.     

显微组织对SA508 Gr.3钢断裂方式的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射等手段研究了具有铁素体+贝氏体、粒状贝氏体、板条贝氏体+马氏体和板条马氏体4种显微组织的核电压力容器用SA508 Gr.3钢的低温(-196℃)冲击吸收能量和二次裂纹扩展行为。结果表明:低温冲击吸收能量随实验钢中硬相增多而升高。铁素体+贝氏体混合组织的实验钢中,裂纹大多在晶界形核,二次裂纹数量较少,但易于扩展;粒状贝氏体组织的实验钢因含有大量的马氏体/奥氏体岛,能提供大量的形核位置,致使二次裂纹呈现多而短的特征;裂纹在板条贝氏体组织中比在马氏体中更容易扩展,这是因为高密度的大角度界面能有效阻止裂纹扩展,故板条马氏体组织实验钢的冲击性能最好。     

600 MPa级热轧双相钢的高周疲劳性能

对热轧组织为铁素体+马氏体(1号)、铁素体+贝氏体+部分马氏体(2号)的600 MPa级热轧双相钢进行了应力比为0.1的拉-拉高周疲劳试验,并对疲劳性能进行了对比分析。结果表明:1号双相钢的疲劳极限为433 MPa,2号双相钢的疲劳极限为413 MPa。两种双相钢的疲劳断口均由疲劳源区、扩展区和瞬断区组成,疲劳源出现在试样顶角或近表面处,低应力时为单一疲劳源,高应力时为多疲劳源。裂纹扩展区除了有大量的韧窝,还有第二相粒子、疲劳辉纹和二次裂纹等特征。低应力幅时1号试样的疲劳辉纹较窄,疲劳寿命高于2号试样;高应力幅时2号试样的韧窝较深,疲劳寿命高于1号试样。在拉-拉载荷作用下,1号试样的裂纹为沿晶扩展,2号为穿晶扩展。透射电镜观察结果表明:在相近的应力幅下,疲劳断口附近高密度的位错缠结阻碍了位错的进一步运动,从而提高了双相钢的疲劳性能。     

铸态蠕墨铸铁的热疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

研究了在600~20℃热疲劳试验条件下,铸态蠕墨铸铁热疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明:基体组织的强度、热稳定性以及石墨形态能影响热疲劳裂纹的萌生和扩展。主裂纹的扩展是从人工缺口出发,避开珠光体区域,穿过铁素体区域。裂纹沿着蠕虫状石墨与基体组织的边界或铁素体-珠光体晶界前进。随着热疲劳次数的增加,珠光体中的渗碳体分解,强度下降,裂纹扩展速度加快。     

汽车发动机裂解连杆用V-N微合金钢疲劳性能

对比研究了V-N微合金钢、C70S6BY两种汽车发动机裂解连杆用钢的疲劳强度、疲劳断口形貌和疲劳裂纹形成机理。结果表明,V-N微合金钢的中值疲劳强度σ-1约为400 MPa,优于C70S6BY钢的疲劳极限。V-N微合金钢的疲劳裂纹萌生于试样表面的铁素体-珠光体边界,并沿着铁素体-珠光体边界及珠光体内部扩展,疲劳断口呈韧窝状,属韧性断裂。C70S6BY中先共析铁素体呈薄片状断续分布在珠光体周围,疲劳裂纹在晶界铁素体处萌生及扩展,疲劳断口呈解理状,属脆性疲劳断裂。     

疲劳裂纹尖端的位错结构

在双相钢物理短裂纹门槛区，观察到稳定的位错胞和墙结构；长裂纹门槛区，在铁素体／马氏体相界堆垛位错密度大，有形成位错胞的趋势．长裂纹扩展第二阶段，铁素体晶粒内具有单向滑移线（Ｒ＝０，－１）和正交网状（Ｒ＝－１）的位错结构，长裂纹扩展第三阶段，位错稀少，但单滑移、双交滑移位错线明显拉长，说明裂纹尖端位错组态是应变历史的产物．疲劳裂纹扩展门槛区形成的位错胞和墙是一亚稳态结构，与门槛循环应力应变处于动态平衡，也是一微观结构参数．     

应力诱发马氏体相变对TiNi形状记忆合金疲劳过程影响的原位实验观察

利用长距离显微镜（QRMS）对经过精细抛光的试样表面进行观察，原位研究了TiNi形状记忆合金中应力诱发马氏体相变（SIMT）和逆相变对疲劳行为的影响。，包括对应力－应变响应和疲劳裂纹萌生和裂纹扩展规律的影响，并与普通金属的疲劳行为进行了对比。结果表明：TiNi形状记忆合金可逆的应力诱发马氏体相变有利于改善疲劳性能，然而也正是反复发生的SIMT引起 的滑移导致了疲劳裂纹的萌生。此外，在实验中还观察到若干反常的疲劳行为，如恒△K加载时裂纹扩展速率对裂纹长度的依赖性，裂纹扩展时的分叉以及疲劳试样表面出现的大量二次裂纹等现象。     

亚温淬火下组织形态对高强低合金钢冲击韧性的影响

以一种高强度低合金钢为研究对象,分析了淬火-亚温淬火-回火(RQ-IQ-T)工艺与控轧控冷-亚温淬火-回火(TMCP-IQT)工艺对组织演变及力学性能的影响,并对不同显微组织特征实验钢的冲击断裂行为进行讨论。结果表明:RQ-IQ-T工艺获得的显微组织由条状铁素体与回火马氏体构成,试样-40℃冲击功达到205 J;而TMCP-IQ-T工艺获得的显微组织则由块状铁素体与回火马氏体组成,试样具有较高的强度,但冲击功相对较低,仅为149 J。冲击裂纹在条状铁素体中扩展包括沿长轴方向和剪切条状铁素体两种方式;在块状铁素体中主要以穿晶方式进行扩展。经RQ-IQ-T工艺获得的条状铁素体与回火马氏体双相组织对裂纹扩展具有较大的阻碍作用,有利于冲击韧性的提高。     

海洋柔性立管用钢的疲劳断裂行为

采用GPS100高频疲劳试验机研究了海洋柔性立管用钢在温轧工艺下的疲劳断裂行为。结果表明,海洋柔性立管用钢疲劳寿命随加载应力幅的升高而不断下降;疲劳裂纹产生于试样表面,裂纹源区可见变形带及河流花样,裂纹扩展区存在大量二次裂纹,瞬断区疲劳裂纹呈韧性断裂特征。在疲劳裂纹扩展过程中,裂纹的扩展能力因大角度晶界的铁素体和高强度贝氏体的相互作用而受到限制,同时在晶界处形成的二次裂纹同样可减缓扩展速率,达到提高疲劳寿命的效果。     

Q-P-T处理贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂特性研究

对20Mn2SiCrNiMo贝氏体/马氏体复相高强钢进行淬火-配分-回火(Q-P-T)工艺处理,并采用紧凑拉伸试样进行疲劳实验.结果表明,Q-P-T工艺参数对贝氏体/马氏体复相高强钢的疲劳断裂特性具有显著影响,经过合理的Q-P-T工艺处理的贝氏体/马氏体复相高强钢具有较高的疲劳门槛值(ΔKth=13.2MPa·m1/2)及较低的裂纹扩展速率.显微组织及裂纹扩展路径观察显示,Q-P-T处理的贝氏体/马氏体复相高强钢的显微组织包括贝氏体、马氏体和残余奥氏体薄膜,其中“柳叶状”贝氏体及纳米级残余奥氏体薄膜可以阻碍裂纹扩展,迫使裂纹转折、分叉或“间断”,这是贝氏体/马氏体复相高强钢疲劳断裂性能改善的主要因素.     

40CrMnSiMoVA钢准贝氏体的疲劳性能

本文研究了飞机起落架用超高强度40CrMnSiMoVA钢的显微组织、强韧性和疲劳性能,结果表明,该钢经300℃等温1h淬火可获得由贝氏体铁素体板条与条间或条内的残余奥氏体薄膜所组成的准贝民体组织。与马氏体区等温淬火马氏体组织相比,准贝氏体具有更佳的强塑性,并具有缺口敏感性低,形变强化能力强,疲劳强度高,应变疲劳和冲击疲劳寿命长,裂纹扩展速率慢以及超载延寿效应明显等优点。     

汽车底盘用DP780双相钢拉弯成形与断裂微观特征研究

对汽车底盘用DP780双相钢进行了拉弯成形性能测试,分析了金相组织和相含量,研究了拉弯比对断裂模式和断口形貌的影响。结果表明,随着凸模圆角半径的增加,拉弯比先增加而后保持不变,断裂方式从剪切断裂转变为颈缩断裂;钢中不同区域的铁素体和马氏体形态的差异性不大,且铁素体的体积分数高于马氏体的体积分数;颈缩断裂方式下的裂纹扩展主要是沿着马氏体和铁素体相界面扩展。     

不同淬火回火处理工艺对Q345钢冲击韧度的影响

通过不同工艺热处理后Q345钢的组织观察及力学性能测量,研究了Q345钢的显微组织及性能与热处理工艺的关系。结果表明,Q345钢在淬火-亚温淬火-回火和控冷-亚温淬火-回火后的显微组织都是铁素体和马氏体,淬火-亚温淬火-回火后铁素体呈条状,控冷-亚温淬火-回火后铁素体呈等轴状。经过淬火-亚温淬火-回火后钢的裂纹扩展分为两种形式:一是沿着铁素体较长的轴向及两相界面处进行扩展;另一是对铁素体进行剪切进而扩展裂纹。经过控冷-亚温淬火-回火后钢的裂纹扩展是穿过铁素体及马氏体的穿晶形式扩展。淬火-亚温淬火-回火工艺可在一定程度改善Q345钢的低温冲击性能。