卷第 !!∀第#期年月)∗+)金属学报∃%&(%#,−+)../012∗)32(2∗)4567 !!∀晶粒形状和碳化物对:;蠕变裂纹扩展的影响朱世杰<中国科学院金属研究所=赵杰王富岗<大连理工大学=<抚顺石油学院=摘要对两种晶粒形状的:∀炉管材料,研究了晶粒形状及碳化物对蠕变裂纹扩,展速率的影响发现当加载方向与柱状晶轴向垂直时柱状晶材料的蠕变裂纹扩展抗。力低于等轴晶材料二次碳化物对裂纹扩展速率的影响依赖于晶拉形状,关扭词晶粒形状蠕变速率,裂纹扩展速率,铸造炉管:∀钢离心浇铸后,,通常炉管横截面上的晶,蠕变裂纹扩展实验在0?≅一#型蠕变试验机上进粒组织是>外壁为很薄的一层细等轴晶然后是占行,Β实验温度为ΑΧ>;∗<炉管的设计温度=Ε试样为#ΦΦ,・壁厚绝大部分的柱状晶晶的炉管内壁为粗的等轴晶川,改,紧凑拉伸型试样Δ不预制疲劳裂纹, ΦΦ,ΓΕΗΦΦ,ΙΕ变铸造的工艺参数可以得到几乎全是柱状晶或等轴而到底是柱状晶好:初始裂纹<缺口=用直径为∀ ΦΦ的铂丝线切割还是等轴晶好是加载方向与柱状晶轴方向垂直学术领域争论的课题山纹扩展性能本文比较了等轴晶和柱状晶两种材料的蠕变裂,在此基础上通过固溶后时效处理研 结果与讨论究了二次碳化物在两种晶粒形状下对裂纹扩展性能的影响∋较形状的影晌固溶状态下两种晶粒形状的材料的蠕变裂纹扩Χ展速率随应力强度因子的变化如图所示可见, 实验方法>等轴晶的钢比柱状晶的钢的裂纹扩展速率低柱,对中断试样缺口前裂纹扩展形貌的观察如图≅Ι,实验用的两根离心铸造炉管的化学成分是Ο所示,可见,等轴晶材料裂纹分枝较多且主裂纹分枝会使得裂纹扩展的驱状晶钢为Λ ∀ΑΒ,>∗∀:Β,∗ϑ:! ,(Κ :,6%Α:,,裂纹扩展路径曲折动力降低,Λ∀∀ #,(Κ ΛΛ,Μ∀∀ Β,柱状晶钢为Λ ∀! ,>∗∀#!从而降低裂纹扩展速率,(ΠΦΙΘΡΣ:实验,∗ϑΛ#Λ,,6∀Α∀,Λ∀∀ ∀,得到的多裂纹试样裂纹扩展速率低的结果也说明了这一点而另一方面三叉晶界对裂纹扩展是障碍等轴晶材料比柱状晶材料的三叉晶界数量多即障Μ∀∀#将实验用材料在ΒΑ Λ∀∗∀Ν∀固溶≅Ν,然后在Α∀∀,%∗下时效和!Λ∀∀固溶处理是为减小由于 !Α!年!铸造工艺参数变化导致的共晶碳化物在形态和数量上的差异,月 Β日收到初稿, !Α!年 Α日收到修改月以便比较晶粒形状的影响在不同温度,稿本文通讯联系人院金属研究所)# >下时效得到不同粗化程度的二次碳化物研究二次朱世杰,沈阳< ∀∀ Λ=中国科学碳化物对裂纹扩展速率的影响)#金属> ∀∀学报碍多,卷因而导致裂纹扩展速率降低, Λ对单相∗ϑ,Λ钢的研究结果表明川Κ(晶粒尺寸越小裂纹扩展速率越低二次玻化物对砚故扩屁的影晌材料时效后晶内析出大量细小弥散分布的二次心−〔。Μ、、碳化物随时效温度升高,二次碳化物尺寸增大,之 维氏硬度降低∴两种材料不同温度时效后在ΑΒ 弋下蠕变裂纹扩展速率随应力强度因子的变化如图#Ι,Ο所示初始应力强度因子与断裂时间Ρ所示由图#ΙΧ]ϑ的关系如图:Ι,Ο,Ι看出柱状晶材料随时效温度升:,,Τ!#Τ书匆9ϑΤ!Β,阳矛爪Τ!!高,即二次碳化物尺寸增大裂纹扩展速率下降”,Χ%ϑ76∴断裂时间增长这一结果与Ω2ΒΑ在6 合金圈ΩΚΗ 7ΡΡ的影响晶粒形状对ΥΙςΥ%中得到的过时效热处理产生粗大尹相提高材料蠕, −&&7&以ΙΚ66ΙϑΞΝΙΜ7%6ΥΙςΥΡΑΒ ∗“变裂纹扩展抗力是一致的由图#Ο,;一7%Χ5ΦΨ∋一7Ζ5ΚΙ[ΚΙΧ:Ο看出,对等轴晶材料,防时效温ΩΚΗ,%ϑΜΝ%Χ口裂纹扩展中断的裂纹形貌7Υ]ϑΡ%⊥ΡΗΝ%Ι&初Ρ7ϑϑ5_ΡϑΙ75Ι[7%5ΖΚΧΨΟ】<=纽功6<=Ι%ΗΘ7⎯37_∗ΧΦ763αΙ<=<Ο=二! 、一艺β#∀)∗#(+,−./0厂∃%& ∋可币圈(一+一∋9:4∀功5一678一;二∋<01∋213随∃%的变化1∋21亡,−∃∀ ∀43=/0>9:?4一!一6..;∋%∋∗∗∀+/#期∀蠕变裂纹扩展的影响朱世杰等晶粒形状和碳化物对:>)##Ι=<6江芝址不‘只∀「ΙΝ一Β∀ ]户ϑΝ圈ΩΚΗ:初始应力强度因子与断裂时间的关系26ΚΡΚΙΧ%:ΞΡϑ7ΞΞΚ6Ρ76ΞΚΡΘ∀!#∃χΞϑ5_Ρ5ϑ7∀ΡΚΦ7一;一!Λ∀∋(∗Ψ∗∀ 一一+,一%一&&2,#)−.(/0∋1)∗3(43(+度升高率提高,即二次碳化物尺寸增大断裂时间缩短5,,蠕变裂纹扩展速裂纹扩展速率低柱状晶材料,,由于沿柱状晶轴向,裂纹扩展障碍∋三叉晶界)少大造成较大的应力集中,,并且由于晶粒尺寸,由图6可见,时效温度即二次碳化物尺寸,需要晶内较大的变形来协,在不同晶粒形状下对裂纹扩展抗力的影响呈不同的调晶界滑动和松弛应力集中因此在这种情况,规律枝多等轴晶材料,,由于三叉晶界数量多,裂纹分下二次碳化物尺寸大,,晶内蠕变速率高则应力,,裂纹分枝可降低主裂纹扩展的驱动力和裂纹因此二次碳化物细小弥散,,集中小空洞或微裂纹形成及与主裂纹连接困难尖端处的应力集中时,从而降低裂纹扩展速率98蠕变强度高7!(空洞长大速率低7从而导致,;68门孟!奋?几,岛考,文∋5).∃做!!::0Η++6∃ 曹智本,陆善折曹智本,程蓉娟,。大连工学院学报,!:!0;&/李德俊<=,,。物理测试Χ!:80,>?≅3ΑΒ恤∀?#(∀;∋8)!!ΔΕ(Φ∗∃>∗3ΒΓ,(++!:Ε七Φ50! ∃6:!,Χ=,>?Χ=,>ΕΛ(昭ΜΝ>#/Ε∗Φ(+!::0;5∃!6Ο,朱世杰大连理工大学博士论文!::Ι(<−ϑΕΚ,#>/Μ+∀/∗∗.ΟΕ∗Φ(++≅,Π/(.Θ,!: Ο0石Η,∃! 6!Ρ,.+∀ΑΝΠΣ3ΓΓΤ?(ΠΑ+3.ΡΕΤ>∗(.Υ?Ε∗Φ(++!: 0 ,∃!Ο;)#:金属学报卷2(Ω./−(∗−∗)0Γ2?−≅8/;Ω10)2(38)Μ−)(?10;勺∃+8,;(∗0−−Μ∗0)∗9%Ι忍0&,7君2(:∀,7<5Ρ73ΝΚ夕忿2几Ξ君Κ七7Ξ7Ιϑ7人,件Κ7Ι)7ΙΥ7琳ΚΙΞ玄,7作ΘΙ件Η=3充Π8);74艺“Ρ7<Ω5Ξ九“柞2件ΞΡΚ忿咋云χ7ϑΞ葱ΡΘ%≅8/3Ν落Κ7声2件‘止ΚΡ5Ρ7∀ ,7ΡΙ忍0,7Ξ7Ιϑ7五朴Κ7。,3Ν7林ΘΙ称! ∀∀ Λ滋7ΙΥ7ΦΚΙΞ云
