试验结果及影响因素分析

5.1.1 试验用钢的断裂韧性K_IC测定

用直三点弯曲大试样进行了两炉钢平面应变断裂韧性的测定，同时还利用B=25mm和B=12.5mm疲劳裂纹扩张试样进行了J_IC的测定，以验证用小试样测定的J_IC换算的K_IC和大试样测得的K_IC的一致性。大试样的断裂韧性测定按ASTM E399—1974规范进行，经验证，所有试验结果均符合试验规范，为有效K_IC。J_IC的测定采用单试样法，以电位法和声发射法来捕捉裂纹起始扩张的临界点，并分别按电位_μV和施力点位移δ曲线的“电切点”和“电交点”作为临界点，求出J_切和J_交，换算成相应的K_切和K_交，并和大试样的有效值进行比较。K_IC和J_IC的试验结果分别列于表4和表5。

表4 平面应变断裂韧性K_IC的测定结果

注：D3283炉S/W=3，采用陈篪推荐的表达式计算：

试验结果表明，两炉钢的断裂韧性值差别很大。在测试方面，试验表明，采用小试样以电位-位移曲线的“电切点”作为临界点测得J_IC，并换算成K_IC和大试样测得的K_IC结果吻合较好，数据稳定，因而是一种可行的方案。

5.1.2 试验用钢的断口形貌转化温度FATT和侧向宽展转化温度LETT的测定

FATT试验按ASTM A370—1968规范，LETT按其他资料的方法进行。FATT为CVN试样断口上韧性区和脆性区面积各占50%时的试验温度，即（FATT）50。LETT则定义为CVN试样断口受压边的侧向宽展达0.381mm时的试验温度。试验在美制SI-1M型夏比冲击试验机上进行。试验结果列于表6和图9和图10。它明显反映出冶金质量（P含量）对钢的冷脆倾向的影响。

表5 J_IC的测定结果

图9 D3283炉钢的FA、LE、CVN和试验温度的关系

图10 829-16炉钢的FA、LE、CVN和试验温度的关系

表6 试验用钢的（FATT）50和LETT

5.1.3 试验用钢疲劳裂纹扩展速率的测定

结合吊环服役中所承受的疲劳负荷的特点，进行了两炉钢不同频率、不同尺寸和不同应力水平下的裂纹扩展速率的测定，同时还对一炉钢进行了不同缺口尖锐度（应力集中）条件下裂纹产生孕育期N_0.1的测定，并和低中强度的34CrNi3Mo钢的N_0.1作了对比，以了解试验用钢的裂纹发生和扩张的特性。(www.xing528.com)

试验分别在Amsier10吨高频疲劳试验机和Los 20吨脉动疲劳试验机上进行。以测量显微镜检测裂纹，并按Paris公式da/dN=C（ΔK）ⁿ对试验数据进行整理。试验结果如图11～图14及表7和表8所示。表9为两炉试验用钢中的P含量的分析。

图11 应力水平对疲劳裂纹扩张速率的影响

图12 加载频率对疲劳裂纹扩张速率的影响

图13 试样尺寸对疲劳裂纹扩张速率的影响

图14 冶金质量对疲劳裂纹扩张速率的影响

表7 试验用钢在不同试验条件下da/dN-ΔK曲线BC的n和C值

表8 缺口曲率半径对20SiMn2MoVA及34CrNi3Mo钢N_0.1的影响

表9 两炉试验用钢中的P含量的分析

试验表明，应力水平是影响裂纹扩张速率的最主要因素。随着加载频率的降低，裂纹扩张有所加速，但这种影响比应力水平的变化要小得多。不同尺寸的试样，在保证应力比R和试样的名义应力σ_N相同的条件下，随着试样尺寸的增加（即平面应变度增加），裂纹扩张速率增加。D3283和829-16炉钢在相同的试验条件下，裂纹扩张速率基本相同，只是在应力水平提高时，才稍有差异，和材料的K_IC、FATT相比，裂纹扩张速率对冶金质量不敏感。裂纹产生的孕育期N_0.1主要取决于材料的强度，因而和34CrNi3Mo相比，20SiMn2MoVA钢具有较长的N_0.1。同时，N_0.1强烈地受试样应力集中程度的影响，随着应力集中的增加，N_0.1显著降低。