文摘
低合金的性质boron-containing钢Brinar 400和500 Brinar发布和归一化条件。夏比测试的温度范围内进行ductile-to-brittle过渡是紧随其后的是显微镜观察的分析。测试在进行标本的轴平行和垂直于热加工方向,在−40°C,−20°C, 0°C, + 20°C。Brinar钢冲击性能决定的执行与显微镜观察的补充分析和扫描电子显微镜的使用。发现的冷脆转变温度有显著不同的材料在发布和归一化条件。除了进行拉伸试验,确定基本的强度特性分析材料。
1。介绍
考试成绩进行选择的低合金马氏体钢含有硼、较高的耐磨料磨损。这些钢越来越经常用于机器零件及其工作特性尤其强调用户组合的高耐磨性和高影响力量更低的温度。值得强调的是,这些属性,即使化学成分基本上不包括添加剂元素(硼除外)的数量被普遍接受为合金百分比。这就是为什么,从化学成分的角度,这些钢的性质不应明显不同于纯粹的低收入和中碳合金钢。然而,硼和选择microadditions,加上复杂的形变热处理操作,使人们有可能获得高度良好的机械性能,在纯粹的碳素结构钢高不可攀。所以,这些材料应该被视为一个单独的材料组织进行单独的研究过程。特别是,这种担忧宣布的问题通常的用户打破建筑关节受到热的影响,例如,那些由焊接过程引起的。在服务的条件下,通常不会认为这些钢被这些热过程,从而导致退化的属性,特别是降低抵抗动态载荷。可用的科学文献中,没有足够的信息对变量的影响热治疗这些钢的性质。一些结果可以发现这些材料的选定的成绩没有简洁完整的模型研究的本质。 For example, in the steels Hardox 400 and Hardox 500, the materials with chemical compositions very close to compositions of Brinar steels, no reduction of impact strength, and no increase of ductile-brittle transition temperature were observed after normalizing [1]。提交材料集团以及其他材料具有类似的可用属性(例如,钢B27),一滴冲击强度低于接受脆性标准(35 J /厘米2(2])指出normalizing-even后温度高于0°C (3]。因为越来越多的钢铁厂扩展他们提供通过与添加硼的马氏体钢,似乎接地继续研究工作考虑这类钢的新成绩。使用先进的制造技术,现代低收入和中碳钢材达到很好的力学性能适中的价格。这些钢的性质是由其结构决定的特定的热或形变热处理后获得。为了获得较高的机械参数和耐磨性,这种典型的热处理淬火和低温回火。然而,这些钢发生由制造商在不同的条件下,有时不包括硬化,建议热处理是由客户。此外,这些钢通常加入到传统的焊接方法,导致广泛的结构性变化在整个热影响区,还包括正常化的结构特点,一般认为是积极的。
上述结构变化非常明显观察到钢Brinar 400, Brinar 500。由于这个原因,这些钢由制造商(Ilsenburger Grobblech GmbH)为低合金马氏体boron-containing高抗磨钢受到实验室考试。首先,这项研究是集中在确定基本机械和正常化后发布条件和影响参数。此外,影响试验是补充详细的显微镜观察的分析。公认的研究过程是合理的,因为事实上,一般来说,骨折的金属和合金韧性或者乳沟的从来都不是完全自然,由于塑性变形的痕迹是观察断口表面即使在温度接近绝对零度(4,5]。因此,可以认为,在初始阶段的应力作用,金属变形可塑性直到加工硬化引起的时刻加强为解理开裂创造了条件。即使在非常小的塑性变形的情况下,材料的冲击强度相对较高,如果断裂表面相对发达。在这种情况下,大部分的能量被吸收在裂纹表面能量(6]。
2。材料和方法
试样准备从500年400年和Brinar Brinar金属板,6毫米和12毫米厚,在发布状态(直接从钢厂)。标本是由高能喷水和电火花腐蚀,与试样轴平行和垂直于热加工方向。部分标本是由奥氏体化规范化在930°C 60分钟紧随其后的是空气冷却到环境温度。在热处理过程中,应用氩保护气氛的99.995%。检查材料的基本力学性能,根据制造商的数据,给出了表1。
化学成分确定幽灵似地用辉光放电分析仪LECO GDS500A,与参数 V和 妈,低于99.999%氩。至少五测量结果的算术平均值与制造商的数据表2。
布氏硬度测量acc的标本。EN ISO 6506 - 1:2014 - 12,使用硬度计与烧结碳化物的球,茨威格朱kgf负载下的187.5。标本上测量了之前进行显微组织观察。结果在表1。
进行机械测试比例矩形标本在环境温度,acc。EN ISO 6892 - 1:2016 - 09年,使用一个测试人员MTS 810配备了一个伸长计测量基础 毫米。的测试,不断扩展增量应用的最终骨折标本。接下来,极限抗拉强度 ,屈服强度(),伸长 ,和断面收缩率测定。
冲击能量(KV)和使用夏比冲击强度(KCV)测定试验机Zwick-Roell RPK300初始能量300 J, acc。EN ISO 148 - 1:2017 - 02年,在标本上观察2毫米深。影响测试是在环境温度+ 20°C,以及在低温下0°C,−20°C,−40°C。在单独的温度范围,标本在异丙醇的混合条件和液态氮,然后转移到试验机的时间内不超过5秒。温度测量与热电传感器类型“T”(Cu-CuNi),在精度等级(±0.15°C)、acc。EN 60751:2009。传感器是加上一个数字温度计”中心。”给出了部分测试结果的影响3所示。2。
显微镜观察的分析和显微结构的观察进行标本未侵蚀和蚀刻HNO 3 - %的解决方案3acc。PN-H-04503:1961。对于可见光观测,金相显微镜尼康Eclipse MA200和立体显微镜尼康AZ100。电子显微镜,扫描电子显微镜Jeol地产- 6610 a是用于加速电压20 kV。扫描电镜观察使用SE探测器在材料进行对比。
3所示。结果
3.1。微观结构分析
数据1和2显示了钢的微观结构发布状态。在这种情况下,钢结构的低碳,齐次马氏体回火马氏体的形态相似。此外,一个三级结构典型低碳马氏体发生的钢可以观察到,由金属丝网、块,和包。马氏体金属丝网创建一个块显示相同的晶体取向,从而创造了马氏体结构的表示相同的变体。
(一)
(b)
(一)
(b)
检查钢,标准化变量结构变化引起的。微结构Brinar 400(图3(一个))是主要由颗粒组成,在本地,针状铁素体。此外,稀疏的碳化物沉淀阶段(主要是渗碳体)观察;参见图4(一)。这样一个组织能达到209 HBW的硬度。500年Brinar的情况下,标准化引起广泛的结构性变化(图3 (b))。其显微组织主要由针状马氏体组成(硬质合金的沉淀阶段)和马氏体。此外,少量粒状铁素体和贝氏体上部观察;参见图4 (b)。无论Brinar 500微观结构的多样化,标准化导致大量的碳化物沉淀阶段在整个材料体积。与观察到的微观结构,钢的硬度达到347 HBW。
(一)
(b)
(一)
(b)
因为高的淬透性Brinar成绩,这些钢导致非平衡结构正常化,大大阻碍了识别过程的初始条件在任何热处理操作。为了识别它们的结构特性,两Brinar钢进行完全退火。Brinar 400(图的结构5(一个))完全退火之后,冷却后0.1°C / s由带状排列均衡铁氧体颗粒fine-lamellar珠光体。在铁素体晶界上,可以清楚地观察到三次渗碳体的沉淀;参见图6(一)。微结构Brinar 500年相同的热处理(图5 (b))是由强烈与fine-lamellar铁素体珠光体带状地区退化的珠光体和稀疏的殖民地;参见图6 (b)。体积百分比这些阶段充足的碳浓度的钢。没有观察到沉淀的渗碳体在铁素体晶界,这表明它完全有界的珠光体的混合。
(一)
(b)
(一)
(b)
3.2。影响测试的结果和讨论
影响测试的结果Brinar 400年和500年Brinar发布和归一化条件如图7和8。当35 J /厘米2被接受为脆性标准对应于50 - %塑料和脆性骨折的发生,可以说,这两个分析钢满足这一标准在整个范围的测试温度;参见图7。在所有测试的温度下(除了−40°C),钢Brinar 400在纵向方向上显示冲击强度最高。此外,重要的区别在纵向和横向方向冲击强度值被发现钢。在+ 20°C,冲击强度在纵向方向上高出107%以上,在横向方向。小差异可能会发现在0和−20°C,冲击强度在纵向方向,分别高出57%和17%。−40°C,冲击强度值的所有标本相似,而最小值等于脆性标准被发现于500年Brinar在横向方向。
在归一化条件下,冲击强度的Brinar 400年和500年Brinar在每个测试温度低于35 J /厘米2。因此,它可能会承认,在分析钢,机械性能退化的结果相比,标准化了的状态。所以,它应该考虑高温热效果的例子,在焊接操作能导致脆性Brinar 400年和500年Brinar,即使在温度高于0°C。
3.3。显微镜观察的分析
数据9- - - - - -12显示宏观断裂表面的图像Brinar 400年和500年Brinar标本后影响测试。在裂缝表面,百分比的韧性和脆性区进行评估,与公认的脆性阈值35 J /厘米2。然而,它应该显示进行了宏观分析显示一些差异与脆性的标准定义。
(一)
(b)
(一)
(b)
(一)
(b)
(一)
(b)
在标本传送Brinar 400(图9冲击试验后)+ 20°C,百分比的塑料带断裂表面两个方向很重要:56%,40%,横向纵向方向。这使得有可能维持高冲击强度,尤其是在纵向方向。此外,大面积的塑料变形宏观上可见断裂表面显示开发的地形。部分塑料区也重要。在0°C测试后,这些区域的百分比为纵向和横向方向,分别为44%和18%。测试后20°C和−−40°C,这些百分比为两个方向范围在13%和18%之间。然而,即使在这些消极的温度、钢Brinar 400年发布条件保持高冲击强度。这表明,冲击强度级别较低的测试温度必须受到自然开裂断口表面的中心地带。因此,该区域的主题详细的显微镜观察的分析和电子显微镜的使用。
正常化后,几乎100 - %乳沟区域观察到400年Brinar所有断裂表面标本(图10测试后),尽管如此,在+ 20°C(特别是纵向表面的标本),使ca。狭窄的塑料带可以观察到表面的10%。发布条件相比,中央标本更粗糙的表面区域和自开裂通过解理飞机减少谷物,它们反映的实际晶粒破碎的材料。此外,没有发现宏观塑性变形观测。因此,低冲击强度的归一化Brinar 400失踪有关塑料区解理断裂的表面和结构的区域,其细节透露了SEM测试。
在发布状态,塑性区断裂表面Brinar 500(图11)在环境温度冲击测试后让横向纵向为48%和35%。此外,断裂的宏观塑性变形。在0°C测试后,侧塑性区变窄,使断裂表面面积的23%和21%,分别。影响测试后在负温度下进行塑性区变得更窄和中央裂区构成了ca。断裂表面面积的90%。然而,Brinar 500年和400年Brinar,即使在最低温度,显示令人满意的冲击强度,在很大程度上,中央区域负责的结构。
断裂表面的规范化Brinar 500(图12)类似于规范化Brinar 400,在每种情况下,显示缺乏宏观塑性变形,以及缺乏塑料带,根据机械切口。这样的安排是与减少冲击强度在整个范围的测试温度。
由于大量的研究资料,研究了钢的微观分析骨折显示只有在极端温度的影响进行测试+ 20°C和−40°C。
3.3.1。400年Brinar:交付
断裂表面Brinar 400标本传送状态,减少塑料加工方向平行,如图13和14。宏观分析骨折后影响测试+ 20°C和0°C显示较大机械等级下的塑性区和塑料部分区域。微观分析under-notch塑料区(图(13日))显示,它们与各种直径的空洞,韧性断裂部分显示“鳞片状”结构。相信这样的骨折是由于滑其次是分离和创建外观微裂隙的飞机 。微裂隙相互连接通过剪切分离墙给断裂特征出现重叠的鳞片。这表明该断裂是由塑性变形(滑),但裂缝本身收益基本上沿着决定晶体的飞机(6]。酒窝有抛物线的形状,这证明了行动切力量创造的骨折。平滑区域没有典型的带酒窝的救济也可以区分。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
中央区域的断裂表面的标本(数字13 (b)和14 (b)),即使是那些受到影响测试的最低温度,被列为quasi-cleavage骨折与发达地形和众多横向裂缝。这种断裂是典型的与马氏体或贝氏体钢结构(2,6]。这种断裂是由解理开裂在小地方,接下来加入裂缝开裂平面塑性变形的结果。即使在这种情况下,方面是相似的解理面,确定晶体的飞机几乎是不可能的,因为“河流”模式的存在。也不可能说一个典型的quasi-cleavage骨折,因为蜿蜒的“河流”模式创建,大面积,酒窝的结构可以类似于韧性断裂。山脊的quasi-cleavage方面具有发达的地形,这也证明了塑性变形在他们创造。
中央断裂区域的差异中观察到的结构可以根据形态学特征和部分乳沟山脊为典型的韧性断裂特征。标本测试在负温度下,塑性区域内颗粒变小和乳沟山脊变得狭窄,而延性断裂中部地区的部分区域的标本在测试环境温度非常高。因此,它可以确定,在Brinar 400的情况下,冲击强度的定量变化在不同试验温度与裂缝表面观察到的特性,如部分典型的韧性和under-notch区域,以及部分山脊中部地区的断裂表面韧性的影响。
断裂表面Brinar 400标本传送状态,减少横向塑料工作方向,如图15和16。进行显微镜观察的分析表明,断裂表面横向试样测试环境温度(图15)不明显不同于纵向的标本。因此,冲击强度值的差异可能导致主要来自样品的微观结构的差异。根据机械切口(图(15日)),塑性区可见,抛物线形状的酒窝。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
然而,中央区域(图15 (b))提出了一种混合断裂,塑料和quasi-cleavage与发达系统中形成的地形海拔和蛀牙,表现出塑性变形的痕迹。沉淀的金属间化合物阶段发生在大直径的酒窝是应力集中器(2,6]。
3.3.2。500年Brinar:交付
数据17- - - - - -20.显示各个区域的断裂表面的微观图像代表Brinar 500标本传送状态。在+ 20测试后,塑料under-notch区纵向标本有带酒窝的结构;参见图(17日)。在更大的酒窝,非金属夹杂物或痕迹在夹杂物形式的横向裂缝清晰可见。under-notch区结构在横向标本测试环境温度是相似的;参见图(19日)。Under-notch骨折区在纵向标本测试负温度(图(18日)在0°C)和横向标本测试开发quasi-cleavage骨折典型的马氏体钢,也包含带塑料骨折。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
Quasi-cleavage骨折也构成了整个中央区域的纵向和横向的标本在整个温度范围(数据进行测试17 (b)- - - - - -20 (b))。地形的断裂,就像在Brinar 400的情况下,仍发育良好。发生这样的地形意味着一个晶体开裂进行而不是飞机,但它从一架飞机通过剪切或创建二级分离墙的裂缝。这是证明这种影响发生后遇到一个螺旋位错,而慢跑高度依赖于汉堡的矢量的大小(6]。创建慢跑与提高能源吸收在开裂,相当于减少脆性。裂纹扩展的慢跑改变方向。因此,一些长度,开裂速度延迟,导致弯曲前和合并其邻国慢跑“河流”系统。山脊的慢跑和斜坡横向裂缝使周围地区典型的塑料骨折,像Brinar 400的情况下,较低的测试温度变得更小。
比较两种Brinar成绩表明,这些钢定性相似。然而,塑料断裂领域,尤其是在环境温度测试后,是不同的(500年Brinar较小),这是与冲击强度值的差异。
3.3.3。400年Brinar:归一化
数据21- - - - - -24显示代表断裂表面的SEM图像Brinar 400标本规范化的条件。早400年Brinar宏观检查骨折正常化后的纵向和横向标本测试+ 20°C没有透露任何塑料,under-notch区。是与冲击强度值归一化条件低环境温度以上。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
不分方向的标本被切断,中央断裂带的乳沟自然特征的河流救援;参见图21 (b)和23日(b)。表面形貌的区域开发和包含横向裂缝。没有塑料塑性区和低分地区中部断裂都与这一事实有关,在检查钢铁、延脆转变已经在积极的温度下发生。
400年Brinar骨折标本在较低温度下测试也是典型的解理断裂由裂纹沿着特定的晶体飞机;参见图22 (b)和24 (b)。断裂表面显示慢跑特点的河流救济和他们的存在意味着在一个晶体开裂没有进行飞机但跳飞机从一个到另一个地方。作为Maciejny [6)报道,这种效应发生在开裂前遇到一个螺旋位错和慢跑的大小取决于级汉堡的向量。此外,慢跑影响裂纹扩展的方向。因此,裂缝推迟一些长度和有助于合并相邻慢跑在河流系统或“像”救援。除了典型的解理面,小范围的塑料断裂表面上可以找到。这源于这一事实,在多晶材料,大量的谷物与取向或存在状态的解理断裂应力不利的(9]。表面的特点详细分析了骨折出现晶间横向裂缝和锋利,平坦,jog-free海拔类似部分的眼泪。
3.3.4。500年Brinar:归一化
数据25- - - - - -28显示代表断裂表面Brinar 500标本规范化的条件。500年规范化Brinar骨折,即使测试+ 20°C,是一个典型的解理断裂(数字25 (b)和27 (b)与特征系统)相结合的“河流”“排水领域”对主裂纹的扩张方向。河流的救援表明额外的能源消耗在创建一个骨折(2,6]。本地,在额外的地方裂缝起源于晶界上扇状地区可以观测到。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
此外,二级裂缝的痕迹可以看到表面的方面。除了解理面,带塑料断裂沿着解理钻井平台发生断裂表面。影响测试后正火钢Brinar 500在较低温度(数据26日(b)和28 (b)),中央很发达地区断裂表面的解理断裂,塑性区域比400年规范化Brinar更小。观察到的方面是典型的结构,“排水领域”和晶间次生裂缝的痕迹。
通常可以表示,500年规范化Brinar延脆转变已经在积极的温度下发生,像400年Brinar的情况。
测试结果获得的影响,以及进行显微镜观察的分析导致的结论,在正常化,钢Brinar 400年和500年Brinar进行降解过程展现自己,首先,通过减少冲击能量。一般来说,存在主导解理断裂正常化后检查钢结构特点与ferritic-pearlitic钢结构(6]。存在珠光体钢结构和减少裂纹韧性(10]。在归一化条件,分析了钢解理断裂发生已经在环境温度测试后,同时,类似考试的钢哈氏400年和500年哈氏,脆性开裂发生在负温度只有[11- - - - - -13]。此外,在环境温度、钢哈氏400和哈氏500显示冲击强度高于100 J /厘米2、维护大面积(近50%)侧塑性区域的断裂表面。中央在这些钢是典型的解理断裂区。在0°C,冲击强度值的哈氏钢仍明显高于35 J /厘米2(11- - - - - -13]。也有趣的骨折的哈氏钢版发布条件,在环境温度测试,与带酒窝的延性结构(1),而骨折Brinar钢是mixed-that, quasi-cleavage韧性断裂的重要组成部分。Quasi-cleavage骨折用塑料区域是典型的马氏体钢不受淬火后回火,回火马氏体结构而导致带酒窝的延性断裂(14,15]。
3.4。拉伸测试
最重要的差异决定的基本强度钢属性适用于两个测试成绩Brinar 400年和500年Brinar并列的正常化退火前后的材料。的差异问题,首先,力量属性(和),对于Brinar 400钢减少了44%和56%(发布条件和退火条件)。杨氏模量的值仍然是相似的测试材料,除了Brinar 500钢的归一化状态,而杨氏模量下降10%相比,这种材料的交货状态。
钢Brinar 400版发布条件特点是强度的最优惠的价值比率/(0.93)。归一化导致显著降低/比率对试验钢的成绩,总计为23% Brinar Brinar 500钢400钢和29%。
另一方面,所表示的延性伸长率()由于正常化退火增加了83%,Brinar 400钢为103%,Brinar 500钢。断面收缩率值(测试材料)没有显著变化;然而,它仍然是与材料有关的裂缝和反射裂缝的类型。Brinar 400钢(在发布条件),尽管伸长的相对较小的平均值(),滑动断裂有塑料特性的宏观形象,和断面收缩率52%的价值。只有在Brinar 500钢(规范化状态)的价值断面收缩率显著减少至33%,对应于脆性断裂的特征,确认这种材料显微镜观察的结果分析。
形成的变化方向的测试Brinar 400和500钢没有导致重大变化强度和塑料的属性。
4所示。总结
当35 J /厘米2被接受为脆性标准相应发生塑性和脆性骨折的50%,它可以承认,在发布条件,分析了钢抗脆性开裂在整个范围的测试温度。在归一化条件,Brinar 400年和500年Brinar达到冲击强度低于35 J /厘米2在每个测试温度。在这种情况下,ductile-to-brittle过渡指出已经在环境温度下,可以清楚地解释发生降解的变化也是导致热治疗。
断口进行了宏观分析的表面显示出一些定性和定量脆性标准之间的差异。在发布断裂表面的情况下,纵向和横向切断Brinar标本400年和500年Brinar影响测试后+ 20°C,部分的塑性区介于35% 56%,保证高水平的冲击强度。绝大部分的塑料带被维持在0°C。然而,在负温度冲击测试后,中央裂区覆盖近90和100%的断裂表面区域。在归一化条件,断裂表面总是显示没有宏观塑性变形,以及缺乏和under-notch塑性区。
断裂表面的扫描电镜检查了Brinar 400年和500年Brinar显示中央区域的断裂表面的quasi-cleavage发达的自然地形,含有大量的横向裂缝和塑料解理山脊,而塑料侧区,under-notch区域显示带酒窝的结构。在更大的酒窝,非金属夹杂物或发现在夹杂物形式的横向裂缝。
显微观察分析钢的归一化条件显示典型的解理断裂特征“河流”,包含一小部分塑料带酒窝的区域。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。