试验室力学性能测试优化方案

试验钢种20SiMn2MoVA和20Cr2Ni4A为大冶钢厂生产，炉号分别为D78-96和977178。其他钢种炉号不清，但试棒是用同一根坯料改锻。各种钢化学成分列于表2。

表2 试验钢种的化学成分 （%）

4.1.1 常规力学性能试验

各种钢静拉伸和冲击试验结果列表3。

表3 试验钢种的常规力学性能

（续）

注：表中数据为三根试棒的平均值。

①数据引自文献[9]。

4.1.2 疲劳试验

（1）疲劳强度：在国产12-Ⅰ型旋转弯曲疲劳试验机上测定了试验钢种光滑及缺口疲劳极限，并绘出σ-1gN曲线。应力交变频率为2880r/min，试样尺寸如图7所示。试验结果见表4、图8和图9。

图7 旋转弯曲疲劳试样尺寸

a）光滑试样 b）缺口试样

表4 试验钢种旋转弯曲疲劳试验结果

图8 试验钢种光滑试样的σ—lgN曲线

图9 试验钢种缺口试样的σ—lgN曲线(www.xing528.com)

（2）疲劳裂纹萌生孕育期N₀∶N₀测试用标准三点弯曲试样（尺寸如图10所示），以裂纹扩展0.1mm时所对应的周次记为N₀。试验在国产PW3-10型高频疲劳试验机上进行，裂纹监测用30倍读数显微镜，加载制度为P_max/P_min=3000kg/1000kg和1500kg/500kg两种，即R=3，试验结果列表5。

图10 三点弯曲试样尺寸

表5 试验用钢的疲劳裂纹孕育期N₀

注：表中数据为3～5根试样平均值。

（3）疲劳裂纹扩展速率da/dN：da/dN的试验条件与测N₀时相同，根据不同载荷制度下的a—N曲线，绘出曲线，试验结果按进行处理，如图11、12所示。

4.1.3 断裂韧性试验

对于高强度钢来说，低应力脆断是一个很突出的矛盾。吊环在服役过程中的疲劳断裂行为，说明追求材料的断裂韧性指标是非常必要的。我们按照ASTM E399-72金属材料平面应变断裂韧性试验方法，测定试验钢种的K_ⅠC值。为了满足平面应变条件，并考虑尺寸因素的影响。试验采用2英寸三点弯曲试棒。预制疲劳裂纹在国产PW3-10型高频疲劳试验机上进行，三点弯曲试验在国产30t和民主德国WPM100t万能材料试验机上进行。用载荷和位移传感器通过X—Y函数记录仪连续记录P—Δ曲线，并按参考文献[11]规定的方法进行处理。试验结果见表6。

图11 试验钢种在3000/1000（kg）载荷下均da/dN—ΔK曲线

图12 试验钢种在1500/500（kg）载荷下的da/dN—ΔK曲线

表6 断裂韧性试验结果

①S/W=3采用陈篪推荐的表达式计算：

②数据为J_ⅠC换算平均值。

4.1.4 缺口偏斜拉伸试验

为了更好地比较出各种钢的脆化趋势，从而得出在不同应力集中下的缺口效应，我们还进行了缺口偏斜拉伸试验，试验尺寸如图13所示。试验结果如图14所示。

图13 缺口偏斜拉伸试样