SA203E厚钢板低温冲击韧性机理的研究
寒冷地区钢材的选用
钢结构基本原理及设计课程专题报告 严寒地区结构钢材的选用 专业土木工程 学号 学生 教师 日期
严寒地区结构钢材的选用（以铁塔为例进行说明）【摘要】提高寒冷地区抗脆断能力的要求，是为了使设计人员重视钢结构可能发生脆性破坏事故。由于对国产建筑钢材在不同工作条件下的脆断问题还缺乏深入研究，规范条文的内容主要来自前苏联的资料，同时亦参考了其他国内外的有关资料。前苏联严寒地区面积大，出现脆断事故的机会较多。根据对事故调查的结果，格构式桁架结构占事故总数的48%，而梁结构仅占18%，板结构占34%，可见桁架结构容易发生脆断。我国低温地区钢桁架、储液罐等也曾发生过脆断事故。这些资料在定量的规定上差别较大，很难直接引用，但在定性方面即概念设计中却有一些共同规律。因此规范在焊接构件的板厚、构造及结构施工等方面提出了防止脆断发生的措施。 【关键词】严寒地区钢材选用 1 严寒地区钢材选用问题的提出背景 在提出问题之前，首先有必要搞清楚各种温度区的准确定义。宏观上人们依据纬度的高低（更准确地说是地球在公转当中与太阳的关系）把地球自北向南划分为北寒带、北温带、热带、南温带、南寒带，我国绝大部分地区属于从北极圈（北纬66°30′）～北回归线（北纬23°30′）的北温带，属于温带气候；常规和习惯上依冬季的温度高低，人们又把温度区划为寒冷、严寒等地区，而各种温度区的划分和准确定义，均来自于国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19－81）的2001 年版。为了对本文叙述的需要，并使读者了解各种温度划分的定义和标准，现将该国家规范的有关室外气象温度参数的标准定义内容介绍如下： 严寒地区：累年最冷月平均温度T≤－10℃的地区定义为严寒地区，我国东北、华北的北纬40°30′以上的地区（即大致鞍山－张家口－大同－呼和浩特连线以北）以及陕西省榆林、甘肃省山丹和青海省格尔木均属严寒地区。寒冷地区：累年（不少于3 年）最冷月平均温度－10℃＜T≤0℃的地区定义为寒冷地区。全国北纬超过34℃以上除严寒地区以外的所有地区（即大致陇海线以北）和西藏全境及四川的甘孜地区，均属寒冷地区；对承重钢结构钢材的选用，按照新版《钢结构设计规范》（GB50017－2003）的规定，要求同时有7 种考虑的因素，其中以应力状态、连接方法和工作温度三项最重要，所有因素都基于一个出发点，那就是要防止脆性破坏的发生，这对于钢结构来说是至关重要的。对处于不同地区的送电线路杆塔来说，其它六项如结构重要性、菏载特征、结构形式等其它几项均相同，唯一的区别，就是其工程所经地区的环境温度，在《钢结构设计规范》（GB50017－2003）中，是以结构工作温度为表征的。结构工作温度：按新版《钢结构设计规范》
冲击韧性低值分析
冲击韧性低值分析 1 冲击韧性 1.1 冲击载荷 冲击载荷是指一个一定质量的物体以一定的速度冲击试样所施加的载荷。目的是实现高速加载，在极短的时间内将载荷加至特定的数值。加载速度的增高将引起金属塑性行为和断裂行为的改变。在金属材料的研究领域中，通常用材料的应变速率来描述加载的速度。 各种加载方式相对应的应变速率 应变速率（s-1）加载方式 10-8~10-5恒载荷蠕变 10-5~10-1静态拉伸 10-1~102动态拉伸或压缩 102~104机械冲击 104~108爆炸冲击 冲击加载时，金属塑性变形的应变率增长落后与载荷速率的增长。而且塑性变形来不及快速传播，应变不是均匀的分布在金属整个体积内。在高的应变速率下，材料的屈服强度增大。甚至，当应变速率足够高时，可能在尚无明显的塑性变形之前就发生脆性断裂。 1.2 冲击试样的断裂过程 冲击试样在冲击载荷下的变形和断裂包括弹性变形、塑性变形、裂纹的形成和裂纹的扩展几个阶段。 由于缺口的存在，塑性变形只局限在缺口附近的区域。缺口越深越尖锐，参与塑性变形的体积越小。
2 韧性的影响因素 2.1 化学成分 低合金高强度与其他微合金钢一样，都是在传统C-Mn钢的基础上进行合金设计，加入微量的Nb、V、Ti或少量的Mo、Ni、Cr、Cu等元素，组成不同强度等级的钢种。 1、C 碳是提高管线钢强度最传统、最经济的元素，同时也是影响焊接性能最敏感的元素。随着碳含量的增加，钢的冲击韧性明显下降，偏析加剧，抗HIC和SSC 的能力也下降，因此，提高管线钢的韧性，最根本的途径是降低碳含量。管线钢的发展方向是逐步趋向低碳和超低碳的，含碳量从最初的大于0.1%逐步降低，现在最低可达到0.01%。低的碳含量利于提高管线钢的塑性、韧性、和减小偏析，易于焊接，但是为弥补由此带来的强度损失就必须添加其他合金元素，通过微合金化及新的机械热处理技术实现多种强化机制来提高钢的强度。 2、Mn Mn具有较强的固溶强化作用，对于管线钢的强度提高有很大贡献；其还可降低γ-α相变温度，可以细化铁素体晶粒；适量的Mn可提高韧性，降低钢的韧脆转变温度；在冶炼中Mn能够起到脱硫作用，可以防止热裂。因此，低C高Mn是现代管线钢合金设计的基本理念。但是，Mn含量过大会导致控轧钢板的中心偏析严重，造成材料各项力学性能差异严重，并会导致管线钢抗HIC下降。根据管线钢板厚和强度的不同要求，钢中Mn的质量分数一般为1.2%—2.0%。强度级别不同的管线钢含Mn量有一定的差异，X70的含Mn量低于X80和X100。为了阻止Mn的过分偏析，X80和X100中Mn含量增加的同时其他合金元素也相应增加。 3、P、S 硫和磷是钢中不可避免的杂质元素，含量需要严格控制，二者含量的增加均会使材料对裂纹的抵抗力明显减小，降低材料的冲击韧性。S常以条状硫化物的形态存在，它破坏了钢的连续性，显著降低钢的横向延展性和韧性；而且容易在钢的轧制方向产生氢致裂纹，因此要减少条状硫化物的数量或改变其形态。P是一种极易偏析的元素，P元素在轧制时的偏析倾向很大，它主要恶化管线钢的抗氢致裂纹能力和抗应力腐蚀能力，同时升高管线钢的韧脆转变温度，使管线钢发生冷脆的趋势加大，增加了安全隐患。 4、B 在微合金高强度钢中加入少量的硼元素，可以降低碳当量和提高焊接性。B 含量在0.001%时就可使钢的显微组织全部转变为贝氏体，过量的硼显然可以较
强韧秀发的食物
强韧秀发的食物 第一类：胡萝卜 胡萝卜是人获得维生素A的重要来源，可以促进头皮的健康，让头皮有好的外观，而 健康的头皮是闪亮的发质的保证。 你可以对胡萝卜进行多种形式的烹调，但油烧的胡萝卜更利于吸收。总之，均衡的膳 食利于头发的健康。当说到吃对健康头发与美容的影响，其实，有多种的方式建议实现。 第二类：木瓜 木瓜被世人誉为万寿瓜，木瓜所含酵素近似人体生长激素，多吃可令人保持青春，而 其中所含有的丰富维他命C、铁、钾、钙、胡萝卜素、叶黄素等可心为头发提供多种营养，去除老废蛋白质堆积，为头发提供深层洁净和滋养，从而减少断发发生。 第三种：豆 豆类食物对头发的好处显然是不容置疑的。它不仅仅可以提供丰富的蛋白质，促进头 发的生长，也富含铁、锌元素和维生素H。如果缺乏这些元素将导致头发的脆断。 腰子豆、小扁豆等食物应该成为你食品中重要的一个组成部分，专家推荐每周吃三杯 豆类制品来保持健康。 第四类：家禽 那些长羽毛的家禽，鸡与火鸡，可以提供高质量的蛋白质保证你头发的健康。没有足 够的蛋白质或者是缺乏高质量的蛋白质，将导致头发的脆弱，容易折断。家禽可以提供高 生物利用率的铁元素，这就保证了身体对铁元素的吸收率，利于头发生长。 第五类：蛋 鸡蛋中含有的卵磷脂，是一种保养皮肤的高效物质。由于卵磷脂中同时含有水分和油分，还常常被用做乳液及其他化妆品的乳化剂。 鸡蛋清能清除积聚在头发上的油垢;蛋黄则可以滋润干枯的头发，让它们恢复光泽。 我们常在市场中看到的针对干性发质或易断裂、受损发质的洗发液中，就将蛋黄作为了一 种基本成分。 第六类：全谷类食物
全谷类的食物不仅仅利于牙的健康，也利于头发的健康，全谷类的食物包括小麦面包 和加强型的早餐谷类食物，这些食物含有丰富的锌、铁、维生素B。建议在正餐之前补充 小量的全谷类食物作为工作间歇的补充。 第七种：鲑鱼大马哈鱼 因为鲑鱼里富含欧米茄3脂肪酸、维生素B12、铁元素，同时也是我们获取优质蛋白 质的源泉。欧米茄3脂肪酸能保证我们的头皮健康。缺乏欧米茄3脂肪酸会导致头皮干涸。 如果你是个素食者，可以在日常食谱里补充亚麻子麻仁油，这是不错植物性的欧米茄 3脂肪酸。 第八类：坚果类 经常吃坚果利于头发的健康。硒元素是维系头皮健康的最重要的矿物质，而巴西的坚 果是最佳的获得硒元素的来源。核桃富有阿尔法亚麻酸、欧米茄3脂肪酸，可以帮助改善 你的发质，同时，也是获得大量锌的源泉。 腰果、杏仁、核桃均是推荐的食品。因此，上述的食品都应该定期出现在你的食谱里，来维系你头发的健康状态。 第九种：墨绿色的蔬菜 菠菜、韭菜、椰菜等绿色蔬菜能美化皮肤，有助于黑色素的运动，使头发永葆黑色; 并且，由于这些蔬菜中含有丰富的纤维质，能不断增加头发的数量。 同时，墨绿色的蔬菜可以铁元素和钙元素，帮助保持发质的自然状态。 护发食物 1、黑芝麻 黑芝麻味甘，性平，芝麻富含油酸、亚油酸、棕榈酸、维生素E，还含有叶酸、尼克酸、卵磷脂、蛋白质和钙，其油脂含量达60%。黑芝麻能够润肠通便、补肺益气、通血脉、润肌肤、滋补肝肾、养发美容;并对头发早白、头晕耳鸣、贫血萎黄、津液不足有治疗作用。 丰富的维生素E能消除自由基而延缓人体细胞衰老的过程。亚油酸、棕榈酸等不饱和 甘油脂，能防病抗衰老，并防止头发质脆、干燥、易断，从而起到护发作用。 2、马齿苋
成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响
2006年8月第32卷第8期北京航空航天大学学报 Journa l o f Be iji ng U nivers it y of A eronauti cs and A stronauti cs A ugust 2006V o.l 32 N o 8 收稿日期:2005 09 14 基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20040006022) 作者简介:陈劼实(1979-),女,辽宁锦州人,博士生,chen jies h @i yah oo .co https://www.360docs.net/doc/8a6252146.html,. 成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响 陈劼实 周贤宾 (北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100083) 摘 要:将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟H S 钢、I F 钢和6111 T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材 料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了H ill 48,H ill90和Barlat893种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果,Cockcro ft Latha m 准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单. 关 键 词:板料冲压;成形极限;韧性断裂准则;屈服准则;应变路径中图分类号:TG 381 文献标识码:A 文章编号:1001 5965(2006)08 0969 05 Suit ability of so me ductil e fracture crit eri a and yi e l d crit eri a in f or m i n g lm i it pred i c ti o n Chen Jiesh i Zhou X ianb i n (Schoo l ofM echan i calEng i neeri ng and Au to m ati on,Beiji ng Un i versity ofA eron auti cs and A stronau tics ,B eiji ng 100083,Ch i na) Abstr act :So m e ductile fract u re cr iteria w as applied to pred ict the for m i n g li m it of sheetm atels .The nu m erical si m u lation for defor m ation processes w ith uniax il tensil e ,plane strain ,equi b iax ial strain and so m e other stra i n paths w ere carried out forH S stee,l I F stee l and 6111 T4alum i n um alloy sheets .Ductil e fracture criter i a w as co m b i n ed w ith t h e finite e le m ent si m ulation.The constants i n t h e criteria w ere deter m ined by u si n g t h e calcu lated strain path and stress at t h e ele m ent w ith m ax i m a lm a j o r strain co mb i n ed w ith the critica l val u es of strai n obta i n ed in t h e tests .The effect o f y ield criteria H ill 48,H ill90and Barlat89on stra i n path i n nu m erical si m ulati o n w as co m pared and evaluated w ith t h e m easured stra i n path near the plane strain .Bar lat89can reasonab ly w e ll pred ict the strai n pat h s o f t h ree ki n ds o f sheetm ate ls .Further ca lculati o ns w ere car ried out f o r t h e for m ing li m it w ith severa l ductile fract u re criteria co mb i n ed w ith Barlat89.It is sho wn tha t Cockcro ft Latha m and the to tal plastic w ork criteri a g ive m ore reasonab le prediction and the m aterial constants i n the criter i a can be calcu lated easily . Key wor ds :sheetm etal for m ing ;fo r m i n g li m i;t ductile fracture ;yie l d criterion ;strain path 多年来,绝大多数关于成形极限曲线的理论研究都是建立在拉伸失稳理论或分叉理论基础上的,但是通过与试验数据对比发现每种准则都有一定的适用条件,对板料的各种成形过程还没有一种能够普遍适用的准则.为了寻找一种能在更 大范围内预测板料成形极限的方法,鉴于在体积成形领域广泛使用韧性断裂准则,人们也将韧性断裂准则的概念引入到了板料成形领域,用于板料的成形极限预测 [1] .而且由于韧性断裂准则从 变形能量的角度出发判断断裂发生,相对于根据
低温钢材的韧性要求
低温钢材的韧性要求 （1）试验方法 低温压力容器及其受压元件所采用的钢材，必须进行低温夏比（V形缺口）冲击试验。 钢材的冲击试验方法，应符合GB 4159《金属低温夏比冲击试验方法》的有关规定。冲击试样按GB 2106《金属夏比V形缺口冲击试验方法》规定的 10mm×10mm×55mm标准试样。若无法制备标准试样时，也可采用 7.5mm×10mm×55mm、5mm×10mm×55mm的小尺寸试样，小尺寸试样的试样宽度一般应不小于钢材名义厚度的80%。试样的缺口应沿厚度方向（棒材沿径向）切取，并以3个试样为1组。 （2）取样规则 根据需要，钢材可按批进行冲击试验取样，其分批要求及试样截取应遵循以下规定。 ①钢板每批钢板由同一牌号、同一炉罐号、同一规格和同一热处理制度组成。每批钢板质量按厚度分类：6-16mm钢板应不大于15t；大于16mm钢板应不大于25t。每批取1组试样，试样方向为横向。 ②钢管每批钢管由同一牌号、同一炉罐号、同一规格和同一热处理制度组成。每批钢管按直径分类： 外直径大于351mm的钢管每批不超过50根；外直径小于或等于351mm 的钢管每一批不超过200根。在每批中的任意两根钢管上各取1组试样。 用于制造容器圆筒，且厚度大于16mm的钢管，按批抽10%，且不少于两根，每根取1组试样。 取样位置应靠近钢管内壁，一般为纵向，对大直径厚壁管可沿切向取样。缺口应沿厚度方向切取。
③锻件按照JB 4727《低温压力容器用碳素钢和低合金锻件》规定的取样数 量和取样部位切取试样。 ④钢棒每批钢棒由同一牌号、同一炉罐号、同一尺寸、同炉热处理组成。在经最终热处理的每批钢棒中任选两根，各取1组试样。试样方向为纵向，试样的纵轴应尽量位于钢棒半径的处。 （3）试验温度 低温压力容器用钢的冲击试验温度必须小于或等于容器或其受压元件的设计温度。当容器或其受压元件使用在低温应力工况时，钢材的冲击试验温度必须小于或等于调整后的设计温度。 （4）冲击功指标 钢材试验温度下的冲击功指标，按钢材标准规定的最低抗拉强度确定，具体要求必须满足表13-4的规定。小试样的冲击功指标根据试样宽度按比率缩减。 表13-4低温夏比（V形缺口）冲击试验最低冲击功规定值 钢材标准的最低抗拉强度 σb/Mpa ≤4503个试样的冲击功平均值钢材标准的最低抗拉 (10mm×10mm×55mm) 18强度σb/Mpa ＞515-6503个试样的冲击功平均值(10mm×10mm×55mm)27＞450-51520奥氏体钢焊接接头区31注： 1、试验温度下3个试样的冲击功平均值不得低于表中规定；其中单个试样的冲击功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。
高分子材料冲击强度的测定
实验十六 高分子材料冲击强度的测定 抗冲强度（冲击强度）是材料突然受到冲击而断裂时，每单位横截面上材料可吸收的能量的量度。它反映材料抗冲击作用的能力，是一个衡量材料韧性的指标。冲击强度小，材料较脆。 一、目的要求 1． 掌握XCJ-50型冲击试验机的使用。 2． 测定聚丙烯、聚氯乙烯型材的冲击强度。 二、实验原理 国内对塑料冲击强度的测定一般采用简支梁式摆锤冲击实验机进行。试样可分为无缺口和有缺口两种。有缺口的抗冲击测定是模拟材料在恶劣环境下受冲击的情况。 冲击实验时，摆锤从垂直位置挂于机架扬臂上，把扬臂提升一扬角α，摆锤就获得了一定的位能。释放摆锤，让其自由落下，将放于支架上的样条冲断，向反向回升时，推动指针，从刻度盘读数读出冲断试样所消耗的功A ，就可计算出冲击强度： A bd σ= （公斤?厘米/厘米2） b 、d 分别为试样宽及厚，对有缺口试样，d 为除去缺口部分所余的厚度。从刻度盘上读出的数值，是冲击试样所消耗的功，这里面也包括了样品的"飞出功"，以关系式表示为： ()()2 1 1cos 1cos 2W L W L A A A m V αβαβ-=-++++ W 为摆锤重，L 为摆锤摆长，α、β分别为摆锤冲击前后的扬角；A 为冲击试样所耗功；A α、A β分别为摆锤在α、β角度内克服空气阻力所消耗的功；2 12m V 为“飞出功”，一般认为后三项可以忽略不计，因而可以简写成： ()cos cos A WL βα=- 对于一固定仪器，α、W 、L 均为已知，因而可据β大小，绘制出读数盘，直接读出冲击试样所耗功。实际上，飞出功部分因试样情况不同，试验仪器情况不同而有较大差别，有时甚至占读数A 的50％。脆性材料，飞出功往往很大，厚样品的飞出功亦比薄样大。因而测试情况不同时，数值往往难以定量比较，只适宜同一材料，同一测定条件下的比较。 试样断裂所吸收的能量部分，表面上似乎是面积现象，实际上它涉及到参加吸收冲击能的体积有多大，是一种体积现象。若某种材料在某一负荷下（屈服强度）产生链段运动，因而使参与承受外力的链段数增加，即参加吸收冲击能的体积增加，
文献整理(断裂准则)
题目:韧性断裂准则与阀值选取的理论及试验研究 作者:蒲思洪，温彤，吴维，侯模辉 关键词：ductile fracture criterion(韧性断裂准则) 文章重点摘抄： 现在用于描述材料韧性断裂行为的准则大都采用阀值(即临界值)控制的方法，即材料某处的破坏值超出阀值就认为该处材料发生起裂。由于金属的断裂与材料的性质(组成元素、微观组织、夹杂、表面条件及均匀性)、变形历史和工艺参数(温度、变形速度、摩擦与润滑)等因素有关，所以针对具体的冲切断裂过程，模拟时如何选择合理的韧性断裂准则与断裂阀值从而预测起裂的时间和位置并非易事。 韧性断裂理论与断裂准则： 现有韧性断裂理论认为塑性材料的断裂大多是由其内部空穴 的聚集和扩展引起的，这些空穴是由材料中的位错堆积、第二相粒子、缩松缩口、夹杂或其它缺陷产生的。金属材料在外力作用下产生塑性变形，其内部的空穴在应变和三轴应力的作用下增长、扩大，直至一定数量的空穴聚集在一起形成裂纹。在外力的继续作用下大量空穴裂纹会不断聚集在一起造成裂纹的扩展延伸，当其扩展到材料的表面时，材料就产生断裂。 在1950年Freudenthal首先以综合能量观点提出以等效应力与 等效塑性应变的积分函数定义破坏的发生时机，认为当单位体积
之应变能量(即塑性变形功)达到阀值时，材料就产生宏观裂纹。该模型没有考虑静水应力及拉伸主应力的影响。 0f C d εσε=? 式中：f ε为材料断裂时的等效塑性应变；σ为等效应力；dε为等效应变增量；C 为材料的临界破坏值。 Cockcroft&Latham 则认为断裂主要与拉伸主应力有关，即对于给定的材料，在一定的温度和应变速率下，当最大拉应力-应变能达到材料的临界破坏值时材料产生断裂。 * 0f C d εσεσ=? 式中：σ*为材料断裂时的最大拉应力；σ1为材料断裂时最大主应力。当σ1≥0 时，σ*=σ1；当σ1＜0 时，σ*=0。 McClintock 将空穴看成是变形体的内部缺陷，忽略空穴之间的交互作用，研究了轴对称下圆和椭圆形空穴的简单长大和聚合，提出了以下断裂准则： )13130122f n C d εσσσσεσσ???-+-?=+???????? ? 式中：σ3为材料断裂时的最小主应力；n 为材料的硬化系数。 Ayada 则认为静水应力和等效应变是影响空穴扩张的主要因素，提出了以下准则：
低温钢概述
20世纪30年代以来，国外发生过多次桥梁构件脆断的事故。分析表明，金属或合金在低于某个临界温度的条件下，韧性急剧降低，性质变脆。这个温度(实际上足一个温度范围)叫做脆性临界转变温度。随着科学技术的发展，为了适应低温的要求，人们研制了各种低温钢。 钢的低温机械性能与它的晶体结构有很大关系，几乎所有钢种的强度、硬度和弹性模量都随着温度的降低而提高。而大部分钢的塑性和韧性却随温度的降低有不同程度的降低。其中，一类钢种随着温度下降，屈服强度迅速提高到强度极限的数值，从而转向脆性破坏；另—类钢种则随着温度的下降，其强度提高，而塑性和韧性指标仍保持较高数值。前者通常具有体心立方晶格，叫做冷脆体：后者一般具有面心立方晶格，叫做非冷脆体。因此，具有面心立方晶格的金属材料，如奥氏体不锈钢，在低温技术中首先得到应用。随着对低温钢需求量的增大和使用温区的多样化，各国已研制出许多低合金低温钢。 对于低温钢的技术要求一般是：在低温下具有足够的强度和充分的韧性，具有良好的工艺性能、加工性能和耐腐蚀性等。其中低温韧性，即低温下防止脆性破坏发生和扩展的能力是最重要的因素。所以，各国通常都规定出最低温度下的一定的冲击韧性值。 在低温钢成分中，一般认为，碳、硅、磷、硫、氮等元素使低温韧性恶化，其中磷的危害最大，所以在冶炼中应早期低温脱磷。锰、镍等元素能使低温韧性提高。每增加1%的镍含量，脆性临界转变温度约可降低20℃左右。 低温钢一般在碱性感应电炉、电弧炉中进行冶炼。出钢温度和浇铸温度均不宜过高，过高的出钢温度会使钢水中气体增多：过高的浇铸温度则导致晶粒粗大，因而降低低温韧性。 热处理工艺对低温钢的金相组织和晶粒度有决定性影响，从而也影响钢的低温韧性。经过调质处理后的低温韧性有明显的提高。 根据热加工成型方式的不同，低温钢可分为铸钢和轧材两种。根据成分和金相组织的区别，低温钢可分为：低合金钢、6％镍钢、9％镍钢、铬—锰或铬—锰—镍奥氏体钢以及铬—镍奥氏体不锈钢等。低合金钢一般在一100℃左右的温区内使用，用于制造冷冻设备、运输设备、乙烯地上贮藏室和石油化工设备等。在美国、英国、日本等国家，9％镍钢广泛应用于一196℃的低温结构上，如保存、运输液化沼气和甲烷的贮罐、贮存液氧、制造液氧和液氮的设备等。奥氏体不锈钢是非常优良的低温用结构材料，它的低温韧性好、焊接性能优良、导热率低，在低温领域里得到广泛应用，用于液氢、液氧的运输罐车和贮罐等。但是，由于它含铬、镍较多，因而比较昂贵。 随着低温技术的发展，一定会有更多更好的低温钢问世。 适于在0℃以下应用的合金钢。能在-196℃以下使用的，称为深冷钢或超低温钢。低温钢主要应具有如下的性能：①韧性－脆性转变温度低于使用温度；②满足设计要求的强度；③在使用温度下组织结构稳定；④良好的焊接性和加工成型性；⑤某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷
材料的冲击韧性
材料的冲击韧性 一、冲击韧性的定义 冲击韧性：当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开V型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功W。若试件在缺口处的最小横截面积为A，则冲击韧性αk为： 式中αk的单位为J/cm2 。 冲击实验有两种：V型和U型，一般情况下V 型冲击功测的数据小于U 型的冲击功值。 钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。αk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，αk突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性 冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲击韧性的途径有:改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性;提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。 二、缺口冲击试验的应用 缺口冲击韧性试验的应用，主要表现在两方面： 1．用于控制材料的冶金质量和铸造，锻造，焊接及热处理等热加工工艺的质量。
2．用来评定材料的冷脆倾向。而评定脆断倾向的标准常常是和材料的具体服役条件相联系的。在这种情况下所提出的材料冲击韧性值要求，虽然不是一个直接的服役性能，但应理解为和具体服役条件有关的性能指标。 材料因温度的降低导致冲击韧性的急剧下降并引起脆性破坏的现象叫作冷脆。可将材料的冷脆倾向归结为3种类型，如图2-15所示。 三．冷脆转化温度的评定 工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要名义应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性 破坏。在冷脆转化温度的确定标准 一旦建立之后，实际上是按照冷脆 转化温度的高低来选择材料。例如， 有两种材料A和B，在室温以上A 的冲击韧性高于B，但当温度降低 时，A的冲击韧性就急剧下降了，如 按冷脆转化温度来选择材料时应选 材料B，见图2-16。
高强钢断裂韧性与裂纹扩展机制研究
高强钢断裂韧性与裂纹扩展机制研究 凭借优异的综合力学性能,高强钢成为目前应用最广泛的金属结构材料,在当今及未来工业发展中占据重要的地位。高强钢在服役过程中长期经受循环载荷作用,其疲劳与断裂问题成为高强钢的重点研究方向。 随着断裂力学发展,损伤容限设计成为航空、航天等国防重要工业领域的关键构件疲劳断裂控制方法。材料的疲劳裂纹扩展性能与断裂韧性是构件损伤容限设计基础,然而目前对高强钢疲劳裂纹扩展及断裂韧性的研究仍不完善。 因此,本研究选取一种典型AISI 4340高强钢为研究对象,基于能量原理深入探讨断裂韧性的评价方法及裂纹扩展微观机制;以Paris公式为基础,建立了改进的疲劳裂纹扩展速率公式,并提出一种快速预估疲劳性能的判据;通过深入探究疲劳裂纹扩展微观机制,由此形成疲劳裂纹扩展三阶段的宏观力学模型。本文试图通过对高强钢中疲劳裂纹扩展及断裂韧性等相关问题的理解,尝试将所研究理论直观地应用到工程领域,为工程优化选材及关键构件可靠性设计提供具有一定价值的参考依据。 提出了三种评价金属材料平面应变断裂韧性KIC的方法。1)基于裂纹扩展初始阶段到临界失稳状态消耗能量的分配,建立了试样厚度B与断裂韧性KIC的定量关系,借助此公式可以实现小尺寸试样估算断裂韧性KIC,此项工作可应用于高韧性金属材料的断裂韧性评价。 2)以试样整体断裂过程中的能量消耗,推导出断裂能密度WF与剪切唇宽度s 的定量关系。其中WF在最大剪切唇宽度处达到最低,此时处于正断与切断的竞争平衡,揭示了裂纹扩展过程中遵循最低能量密度原理,并以此建立了剪切唇宽度与断裂韧性的定量关系。
3)从冲击韧性与断裂韧性的能量消耗方式及共同遵循的能量原理出发,提出两种韧性剪切唇宽度之间的线性关系,由此获得高强钢中冲击韧性与断裂韧性的定量关系式。探讨了不同强韧性钢中裂纹扩展微观机制的转变过程。 发现随着韧性提高,AISI 4340钢微观断裂特征从解理-韧窝混合型断口向韧窝连续转变,三维XRT图像显示裂纹扩展方式由跳跃性向连续性逐步演化。低韧性钢中,裂纹在应力控制下以解理断裂方式连接其尖端附近的微裂纹,裂纹扩展速率加快;高韧性钢中,裂纹在应变主导下钝化扩展,且与附近聚合长大的微孔连接形成新的裂纹尖端;上述两种裂纹扩展微观机制可同时出现中等韧性钢中,此时应力应变存在竞争平衡,裂纹以交替方式向前扩展。 高强钢的断口微观形貌可分为三种典型特征,其形貌特征的形成过程与能量消耗有关,基于此建立了高强钢断裂韧性与断口微观形貌特征之间的定量关系。建立了具有预测性的疲劳裂纹扩展速率公式及疲劳性能优化判据。 以Paris公式为基础,引入强韧性参量,推导出改进的疲劳裂纹扩展速率公式。阐述影响材料疲劳裂纹扩展性能的两大因素,疲劳裂纹扩展的变化过程取决于断裂韧性,疲劳裂纹失稳扩展的临界速率由抗拉强度控制。 凭借该公式可以由材料的静态力学性能预测疲劳裂纹扩展性能,这在高强钢中得到了验证。此外,提出一种疲劳裂纹扩展性能与材料强韧性的定量判据,基于该判据可以在强韧性倒置关系曲线中选出最优疲劳性能的材料,并能够阐述材料同步强韧化可提高疲劳性能的本质。 该公式与判据在合金钢、钛合金及铝合金中都得到准确的验证,为材料的疲劳性能优化提供理论依据。探索了疲劳裂纹扩展微观机制及宏观力学模型。 在断口微观形貌中发现,疲劳裂纹扩展稳态阶段出现疲劳辉纹与韧窝特征共
钢材技术要求
1.碳素结构钢 指各种钢结构中采用的结构钢和工程用热轧钢板、型钢等。现行国家标准为《碳素结构钢》（GB700-88）。 牌号及其表示方法如下动画中所示。 Q235-AF: 屈服强度是235 MPa，A 级，沸腾钢。 碳素结构钢的技术要求 1.化学成分 2.力学性质 3.冶炼方法 4.交货状态 5.表面质量 化学成分 各种不同牌号的碳素结构钢的化学成分应符合GB700-88的要求。 力学性能 碳素结构钢的拉伸和冲击试验指标应符合下表规定：碳素结构钢的力学性能指标
冷弯试验 碳素结构钢的冷弯试验指标（GB700-88）。 各类牌号钢材的性能 牌号与性能的关系 根据国家标准GB700-88的规定，碳素结构钢按屈服点分为五个牌号如表7.5.1 和表7.5.2所示,当牌号增大时，钢材的含碳量提高，伸长率 降低，冷弯性能也降低. 质量等级：取决于钢材内有害杂质S、P的含量，钢材的质量好，其焊接性能和低温抗冲击性能也提高。 碳素结构钢的选用
建筑钢结构中最常用的牌号为Q235(综合性能符合建筑工程的要求)。 因为Q235钢既有较高的强度，又有良好的塑性和韧型，如：B、C、D等，可焊接性也很好，能满足一般钢结构用钢的要求。Q235的C级和D级钢，其S和P的含量低，所以主要用作重要的焊接结构。尤其适用于低温条件 下，受冲击荷载作用的焊接钢结构。Q195及Q215：强度低，但塑性和韧 性好，易冷加工，在轧制、焊接加工成受冲击或偶然荷载等情况下，能保 证安全使用。Q255及Q275：强度高，但塑性和韧性差，可焊接差，不 易冷加工；可用作混凝土配筋和钢结构中的构件及螺栓（常用在机械零件 及工具中）。 选用钢材，主要根据工程结构的重要性、荷载类型、焊接要求及使用环境温度等条件选择。 低合金高强度结构钢 定义 在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素，合金元素的总含量小于5%的结构钢。常用的合金元素有：Si、Mn、Ti、Nb、V和C等。 牌号及其表示方法 现行国家标准《低合金结构钢》（GB1591-94）共有5个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。 低合金高强度结构钢的化学组成(GB1591-94) 如表7.5.4所示。低合金高 强度结构钢的力学性能(GB1591-94) 如表7.5.5所示。 如表7.5.5所示，低合金钢的强度大大高于碳素结构钢，并且具有良好的塑性和韧性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性也好于碳素钢，其生产工艺 和成本都与碳素钢相近，比采用碳素结构钢节省钢材，而且可以减轻自重，延长使用寿命，尤其适用于大跨度结构和桥梁工程等。
坚韧性人格研究综述
坚韧性人格研究综述 1．人格坚韧性的含义 Kobasa与其同事在美国伊利诺斯贝尔电话公司进行有关应激反应的研究中发现，有一些经理人员在高度应激的情景下，由于保持一定的态度而表现出较少的心理和身体的疾病症状。从存在主义心理学的角度出发，Kobasa提出了人格坚韧性的概念[3]。用以描述那些体验高度的生活应激，但由于表现出一系列的态度、信念和行为倾向而使自己免于疾病的个体。坚韧性包括三个成分：承诺（Commitment）、控制（Control）和挑战（Challenge）。承诺是指个体对于目的和意义的感知，这种感知通过个体积极卷入生活事件而不是消极被动避免卷入的方式表现出来。控制是指在不利的条件下，个体拥有的通过自身行动来改变生活事件的信念，并在这种信念指导下采取行动，努力对生活事件施加影响而不是孤立无助。挑战是指个体希望从积极的和消极的经验中进行持续学习，认为变化才是生活的正常状态，变化是成长的促进力量而不是对于安全的威胁。后来的研究者把承诺、控制和挑战称之为坚韧性的“3C”结构[4]。 完整的坚韧性人格结构必须同时包括承诺、控制和挑战三个成分。具有高的控制态度而承诺和挑战信念很低的个体希望自己能去决定生活事件的后果，但他们不愿意去浪费时间，也不愿意从经验中进行学习，不愿意卷入到生活事件中去。他们相当缺乏耐心而且易怒、与人保持相当距离，当控制的努力失败后，具有很强的挫败感。这种特点在一定程度上类似于心理学家常说的A型人格。具有这种人格特点的人是自我本位的，认为自己比别人要强，没有任何必要去向他人学习。这种人格类型与真正意义上的坚韧性相去甚远。 具有高的承诺而挑战和控制信念都很低的个体完全陷入周围的人与事之中，从未考虑自己对生活事件施加影响，也未对生活事件给予自身的影响以及自身与生活事件的相互作用加以考虑。他们很少甚至没有一点个人主义的念头，他们对于意义的感知完全由社会环境来决定，正是在这种社会环境之中，他们失去了自我。无论何时何地，当大量的琐碎的生活事件的变化聚集起来，这种人就特别容易受到疾病的攻击。 最后，具有高的挑战而承诺和控制信念都很低的个体脑海里充满了好奇心，对于自身周围的人与事很少关心，从不考虑他们能够对任何事物施加影响。他们可能经常进行学习，但这与他们花费在新奇事物上的时间相比是微不足道的。他们在一定程度上类似于冒险者，为了刺激而乐意参加各种赌博游戏和冒险活动。这种人格类型也不是我们所说的坚韧性人格。 2．坚韧性人格的实证研究
断裂韧性的结果分布
断裂韧性 编辑词条参与讨论 所属分类：冶金术语化学各种化学名称机械机械工程机械零件金属加工 表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就愈大。 目录 ?? 概述 ?? 规律与测试 ?? 论文 ?? 参考资料 断裂韧性-概述 构件经过大量变形后发生的断裂。主要特征是发生了明显的宏观塑性变形(不包括压缩失稳)，如杆件的过量伸长或弯曲、容器的过量鼓胀。断口的尺寸(如直径、厚度)比原始尺寸也明显变化。韧性断裂的断口一般能寻见纤维区和剪唇区。断口尺度较大时还出现放射形及人字形山脊状花纹。形成纤维区断口的断裂机制一般是“微孔聚合”，在电子显微镜中呈韧窝状花样。韧性断裂一般由超载引起，而材料的塑性与韧性又很优良。纤维区一般是断裂源区。剪切唇总是在断口的边缘，并与构件的表面约成45°夹角，是在平面应力受力条件下发生剪切撕裂而形成的断口，剪切唇表面较光滑，断裂时的名义应力高于材料的屈服强度。 断裂韧性-规律与测试 随着概率断裂力学工程应用的逐步深入，材料断裂韧性分散性问题，已成为影响含缺陷结构概率安全评定的关键因素之一。合理解决材料断裂韧性分散性是一个十分复杂的问题。一方面巾于冶金过程等方面的偏差，造成材料断裂韧性的分散性；另一方面由于试样几何尺寸、裂纹长度测量等试验误差，亦会导致测试结果的不确定性，还有不同测试规范和标准对测试数据的处理也会导致测试结果的不
确定性。若缺陷位厂焊接部位，影响因素将更加复杂。除上述原因外，还会有诸如焊接上艺、焊材、以及不同操作人员及焊后热处理等因素导致断裂韧性测试结果分散性更加严重。尽管分析和解决其分散性问题如此复杂，十分困难，然而，在对含缺陷焊接结构(尤其是工业锅炉、压力容器和管道)进行安全评定时，重点就是焊接接头区而不是母材。如何处理断裂韧性的分散忭问题已成为工程界不可回避的问题，也是概率安全评定应解决的基本问题之—。 对材料断裂韧性分散性规律的研究，在理论和实践上均已取得较大进展。 Wallin分别根据Weibuli统计模型和微结构分析模型，推得基于断裂韧性尺I(单位：MN·m-3/2)失效准则的累积失效概率 并从理论上得到Kl服从形状参数m：为4的Weibull分布，同时指山m1不等于4是由厂测试数据不够而造成的，并且认为延性撕裂和材料非均匀性对分散性只具有较轻微的影响。这一理论建立在裂尖小范围有效体积基础上。 Slatcher将裂尖等效为多个单元的串联模型，推导出基寸：断裂韧性，J(单位：N／inlTl)失效准则的累积失效概率 式中，a＝B中，B为试样宽度，中为常数；B＝2。 这一理沦基于如下假设： 1)裂纹体能被分成若干单元，任一单元的失效意味着整体失效，各单元强度彼此独立且同分布。 2)第一个失效单元的应力和应变与裂尖应力场强度，J和该单元到裂尖的垂直距离r有关，仅由r／J确定。 3)第一千失效单元必须位于r和O定义的区域内(r，O为该单元的柱坐标)对任何O均有Jg(O)≤r≤Jh(O)。g(O)和h(O))为o的函数，分别为该区域的内、外界限。 由式(5．2)可知，理论上断裂韧性／服从形状参数为2的双参数威布尔分布。对充分小的试验数据集，式(5.2)比对数正态分布和威布尔分布能更好地描述断裂韧性的分布规律。 Neville提出了另一种描述断裂韧性分布的模型，该模型不用作任何假设和近似处理。由断裂韧性构成一个样本u，样本u中的子样ui由g2，J2或K1确定，g2，J2或K1分别由CTOD、JIC和Kic的测试数据计算得到。累积失效概率由如下双参数分布函数表达 式中，a，b为分布参数。 Neville将该模型分别对几组断裂韧性的测试数据进行厂分析，结果表明该模型应用方便，与实测数据分布吻合较好，并略偏保守。 Hauge和Thualow分别采用Weibull分布、Log—Normal分布、Slather模型以及Neville模型，对两组CTOD数据(86个母材和16个焊材)进行了统计分析，其主要结论如下： 1)两组CTOD数据并非服从形状参数为2的Weibull分布(或Slather模型)；双参数Weibull分布、Log—Normal分布和Neville分布都适宜拟合这些数据。 2)90％置信限的中位期望值可较好地由I．og—Normal分布得到；对于只有三个子样时，能较好地等效于三个值十取最小值的方法；对大子样，Log—Normal 吻合更好。
探索强韧化机理_创新超高强度高韧性不锈钢
第14卷专辑1 Vol.14S1 中国有色金属学报 The Chinese Journal of N onferrous Metals 2004年5月 May 2004 文章编号:10040609(2004)S1020205 探索强韧化机理,创新超高强度高韧性不锈钢① 赵振业,李春志,李 志,刘天琦,马新闻 (北京航空材料研究院,北京100095) 摘 要:评述了超高强度钢和高强度不锈钢的基本理论、成分设计、超纯净熔炼和工程应用技术发展状况、在航空、航天及其他高科技领域中的应用和重要地位、发展目标、强韧化机理和成分探索研究现状及存在问题。借助透射电子显微镜高分辨和电子选区衍射等方法,揭示了超细马氏体板条、超细共格沉淀强化相Laves相、M2C及逆转变奥氏体等强2韧化机理。用V IM+VAR双真空超纯洁熔炼、超均匀加工及控制相变热处理等技术,获得2种低碳超高强度高韧性不锈钢,其力学性能分别达到抗拉强度1915MPa和1862MPa,断裂韧度119MPa?m1/2和120MPa?m1/2。 关键词:超高强度钢;不锈钢;强2韧化机理 Strengthen2toughening mechanisms and development of new type ultra2high strength stainless steel ZHAO Zhen2ye,L I Chun2zhi,L I Zhi,L IU Tian2qi,MA Xin2wen (Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China) Abstract:The fundamental theory,future object,studying status and topics of ultra2high strength steel and high strength stainless steel were reviewed.The new strengthen2toughening mechanisms,such as ultrafine martensitic laths, ultrafine strengthening phases M2C carbide and Laves phase precipitated coherence with martensitic matix and reverse transformed austenite distributed over the effective grain boundaries were discovered with electronic microsco py.By means of V IM+VAR double vacuum melting technology secured super pure materials and by the super homogenization hotwork and controlling martensitic transformation heat treatment techniques,the new types of low carbon ultra2high strength steel in combination with high toughness were obtained.The tensile strengths reach1915MPa and1862MPa and the frac2 ture toughnesses reach119MPa and120MPa?m1/2respectively. K ey w ords:ultra2high strength steel;stainless steel;strengthen2toughening mechanism 在航空、宇航工程领域,超高强度钢是指屈服强度(σ0.2)在1400～1600MPa以上的高强度钢。从20世纪50年代至今,经过半个多世纪的研究发展,超高强度钢已成为材料科学与工程一个专门的学科领域。它是当前抗拉强度最高、韧性等综合力学性能最好的金属结构材料,广泛地应用于航空、航天及其他高科技领域,成为大型民用飞机、战斗机、舰载机起落架、直升机旋翼桨毂、导弹、火箭壳体、发动机及精密机械传动齿轮等主承力构件不可替代的材料。 本文作者评述了超高强度钢和高强度不锈钢的国内外研究和发展状况,有助于进一步认识超高强度钢的强韧化机理和发展新型超高强度高韧性合金。 1 超高强度钢研究与发展 航空、航天等高科技领域对超高强度钢的要求主要包括超高强度、高韧性和耐腐蚀等,以满足其减轻结构质量、缩小体积、延长寿命和提供可靠使用需求。除此之外,超高强度钢研究发展的主要驱 ①作者简介:赵振业(1937),男,研究员. 通讯作者:赵振业,研究员;电话:01026245662222405