温度和载荷速率影响结构钢脆性的本质探讨及脆断控制

摘要

本文以某船用低合金钢及其焊接结构为对象，通过准静态J积分试验(K=10°MPa√m/s)、摆锤冲击试验(K=105MPa√m/s)和Hopkinson杆冲击试验(K≈106MPa√m/s)测得了系列温度下该钢及其焊缝金属的断裂韧度。通过比较发现，该船用低合金钢及其焊缝金属在准静态条件下并未表现出明显的低温脆性倾向，而在动态条件下，断裂韧度随温度的降低而降低，表现出明显的低温脆性倾向；同时还发现，该钢及其焊缝金属存在明显的加载速率敏感性，随着加载速率的增加：断裂韧度下降，材料变脆，且随温度的降低，加载速率的敏感性加剧。　　用扫描电镜对该钢及其焊缝试样的断口进行分析发现，高加载速率导致脆性的本质在于晶界传播快速变形或者说裂纹快速扩展的适应能力不足，产生的沿晶断裂而造成的。　　利用所测得的断裂韧度值，对室温静态下该船用低合金钢和焊缝构件以及动态下的该钢进行安全评定，给出了应力－临界裂纹尺寸关系曲线图，为避免含有缺陷构件的脆性断裂提供依据；在对该钢断裂韧度测试结果分析的基础上，探讨了断裂特性随温度的变化及其特征，建立了断裂特征分析图，从而使防脆断的选材可以兼顾温度、载荷速率和板厚等因素，达到更好的防脆断目的。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1引言

1.2脆性断裂

1.2.1脆性断裂的特点

1.2.2脆性断裂的影响因素

1.2.3脆性断裂微观机理的研究进展

1.3脆性断裂的控制

1.3.1脆性断裂安全评定

1.3.2传统防脆断判据

1.4本文选题的意义及主要内容

第2章材料及试验

2.1试验材料

2.2试验及方法

2.2.1试样的准备

2.2.2试验温度

2.2.3断裂韧度测试

2.3分析测试方法

2.4本章小结

第3章系列温度和不同载荷速率下断裂韧度测试

3.1引言

3.2断裂韧性测试结果

3.2.1静态下的J1C测试结果及对应的K1C

3.2.2摆锤冲击下的断裂韧度K1d测试结果

3.2.3 Hopkinson杆应力波冲击下的动态断裂韧度K1d

3.3低温和高载荷速率下脆性现象的规律及其评定

3.3.1低温和高载荷速率下脆性现象的规律

3.3.2低温和高载荷速率下脆性现象的评定

3.4本章小结

第4章温度和加载速率促进结构钢脆性成因的探讨

4.1引言

4.2不同温度和载荷速率下母材试样的断口分析

4.2.1室温下母材试样的断口分析

4.2.2-80℃下母材试样的断口分析

4.3不同温度和载荷速率下焊缝试样的断口分析

4.3.1室温下焊缝试样的断口分析

4.3.2低温下焊缝试样的断口分析

4.4温度和载荷速率促进结构钢(即母材)脆性的探讨

4.4.1温度和载荷速率对沿晶断裂的影响

4.4.2高载荷速率下的裂纹分岔现象

4.5本章小结

第5章脆性断裂控制

5.1引言

5.2脆断安全评定

5.2.1室温静态下母材和焊缝金属脆断安全评定

5.2.2母材静态和动态下脆断安全评定

5.3防脆断选材

5.3.1断裂特性的表征

5.3.2防脆断分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A自由表面修正系数Y的计算