CN110196188B - 一种球墨铸铁断裂韧性jic试样裂纹的识别工艺 - Google Patents
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Abstract
一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺，所述具体步骤如下：步骤一、将球墨铸铁试样置于含有空气气氛的加热仪器中加热处理，温度为340‑360℃，保温时间为0.8‑1.2h；步骤二、将热处理后的球墨铸铁试样冷却至室温，在破断仪器上破断试样，得到球墨铸铁断口试样；步骤三、将破断后的球墨铸铁断口试样放置在工具显微镜下，根据不同区域的颜色分界线识别出裂纹线。根据该发明提供的球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹识别工艺，可以实现球墨铸铁在断裂韧性JIC试验后试样裂纹的快速有效识别，可为后期获得球墨铸铁的断裂韧性性能参量打下重要的基础，为球墨铸铁在风电和核电领域的应用提供重要的数据支撑。
Description
技术领域
本发明属于金属材料断裂力学性能检测技术领域，具体涉及一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺。
背景技术
球墨铸铁被称为裂纹的“终结者”，以其优异的强度和抗腐蚀性能，以及简单的生产工艺和设备，低成本，在工程上，尤其在风电和核电领域得到了广泛的应用。断裂韧性J IC是材料重要的抗断指标，是工程材料安全服役的关键参量。因此在工程服役前对球墨铸铁的断裂韧性J IC进行测试评价意义重大。
断裂韧性J IC试验原理是通过对试样进行准静态加载，用测试仪器连续地记录载荷增加及裂纹扩展情况的载荷P-加载线位移V曲线，由曲线获得加载停止载荷P、塑性分量U p、试样断裂后测出的疲劳预制裂纹长度a 1及稳定扩展裂纹长度a 2，代入弹塑性断裂韧性J积分的表达式求出不同扩展量△a下的J积分值，拟合△a-J阻力曲线，0.2mm偏置钝化线与阻力曲线的交点即为断裂韧性J IC值。因此，在断裂韧性J IC试验中，试验P-V曲线的获得和试样裂纹长度的测定至关重要，断裂韧性J IC试验流程一般为预制疲劳裂纹-开侧槽-断裂性试验-试样处理-测量裂纹。对于组织均匀的材料，不论是在预制裂纹的疲劳加载过程中，还是在断裂韧性的准静态加载过程中，断裂韧性J IC试样裂纹前端各个部位始终处于相同的两向应力状态，在应力作用下裂纹前端各个部位同时产生滑移线，随之形成裂纹并向前扩展，当加载停止时，会在试样断裂面上留下裂纹线，裂纹线与试样加载线之间的距离即为试样裂纹长度，这种裂纹长度在工具显微镜下可轻易读取，或者通过一般的“发蓝”处理（即200-300℃加热处理）后也可有效识别，但是，对于一些组织不均匀或晶粒粗大的特殊材料，比如球墨铸铁，采用显微镜下直接观察的方法是不可行的。
发明内容
本发明的目的是为解决上述问题，提供一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺。
本发明的技术方案是：一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺，所述具体步骤如下：
步骤一、将断裂韧性试验后的球墨铸铁试样置于含有空气气氛的加热仪器中进行加热处理，加热温度为340-360℃，保温时间为0.8-1.2h；
步骤二、将热处理后的球墨铸铁断裂韧性试样冷却至室温，在破断仪器上破断试样，得到球墨铸铁断口试样，试样断口的预制疲劳裂纹区域和稳定扩展区域呈现不同的颜色；
步骤三、将球墨铸铁断口试样放置在工具显微镜下，根据不同区域的颜色分界线识别出裂纹线。
进一步优化，所述步骤一中加热处理的具体方法为：开始加热升温，升温速率为8-12℃，当加热仪器温度达到340-360℃时，放入试样开始保温。
进一步优化，所述步骤一中的加热仪器为电阻加热炉。
进一步优化，所述步骤二中球墨铸铁试样冷却时的降温速率为0.8-1℃/min。
进一步优化，所述步骤二中破断试样的机器为力学试验机。
本发明的有益效果为：
球墨铸铁的金相组织为铁素体基体上分布着大量的石墨球，在两向应力作用下，铁素基体和石墨球交界处形成应力集中，产生滑移并形成裂纹，通过在电阻加热炉内进行高温加热处理，球墨铸铁断裂韧性试样的断口表面上会形成不同的氧化物，从而呈现出不同的颜色，两种颜色相交处即为裂纹线，因此可以实现裂纹的快速有效识别。
根据该发明提供的球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹识别工艺，可以实现球墨铸铁在断裂韧性JIC试验后试样裂纹的快速有效识别，可为后期获得球墨铸铁的断裂韧性性能参量打下重要的基础，为球墨铸铁在风电和核电领域的应用提供重要的数据支撑。
附图说明
图1为加热处理后试样断口的一种情况示意图
图2为加热处理后试样断口的另一情况示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺，具体制备步骤如下：
步骤一、选择断裂韧性试验后的球墨铸铁试样置于电阻加热炉中，开始加热升温，在加热处理过程中通过正交试验最终获得热处理的最佳工艺条件：加热温度为340-360℃，升温速率为8-12℃，保温时间为0.8-1.2h；
步骤二、将球墨铸铁试样停止加热后，在降温速率为0.8-1℃/min条件下冷却至室温，将冷却后的球墨铸铁试样在力学试验机上破断，获得球墨铸铁断裂韧性断口试样；
步骤三、将球墨铸铁断裂韧性断口试样放置在工具显微镜下，在工具显微镜下观察到两个不同区域的颜色，上述两种区域的颜色分界线即为裂纹线，确定裂纹线后通过工具显微镜测量出该裂纹线的长度。
在本发明中，步骤一中的工艺参数通过正交实验来确定，具体方法为：首先确定如表1所示的升温速率、保温温度、保温时间、降温速率四个影响因素和1、2、3三个位级水平，通过上述四个影响因素和三个位级水平进行最佳工艺条件的确定，如表2所示的正交实验，选择9个方案进行正交试验，具体如下：
表1 加热处理参数因素水平表
表2 正交实验表
如表2所示，根据极差数据所示，在上述四个参数因素中保温温度影响最大，为主要影响因素，其次为升温速率、降温速率和保温时间，因此在保持升温速率、保温时间和降温速率三个参数不变的前提，对保温温度范围进行进一步确认，试验结果表明，保温温度仅在350±10℃范围内，才能实现全部裂纹的有效识别和表征，同理，通过试验对其他参数范围进行进一步确认，最终确定的球墨铸铁裂纹识别最佳工艺组合为：升温速率8~12℃/min，保温温度340~360℃，保温时间0.8~1.2h，降温速率0.8~1.0℃/min。
实施例2
选取两个批次的球墨铸铁经过断裂韧性J IC试验后，采用本发明提供的裂纹识别工艺进行加热处理，加热处理后的试样断口照片如图1和图2所示，两块不同材质的球墨铸铁上分别出现明显蓝色、深褐色和浅褐色、深褐色，上述同一块球墨铸铁试样断口上的两种颜色相交处即为裂纹线，断口裂纹清晰可见，裂纹长度均可有效获取。
以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、工作过程、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺，其特征在于，
具体步骤如下：
步骤一、将断裂韧性试验后的球墨铸铁试样置于含有空气气氛的加热仪器中进行加热处理，升温速率为8-12℃/min，当加热仪器达到340-360℃时，放入试样开始保温，保温时间为0.8-1.2h；
步骤二、将热处理后的球墨铸铁断裂韧性试样冷却至室温，在破断仪器上破断试样，得到球墨铸铁断口试样，试样断口的预制疲劳裂纹区域和稳定扩展区域呈现不同的颜色；
步骤三、将球墨铸铁断口试样放置在工具显微镜下，根据不同区域的颜色分界线识别出裂纹线。
2.如权利要求1所述的一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺，其特征在于，所述步骤一中的加热仪器为电阻加热炉。
3.如权利要求1所述的一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺，其特征在于，所述步骤二中球墨铸铁试样冷却时的降温速率为0.8-1℃/min。
4.如权利要求1所述的一种球墨铸铁断裂韧性JIC试样裂纹的识别工艺，其特征在于，所述步骤二中破断试样的机器为力学试验机。
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