摘 要:探討了在金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度檢測(cè)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題及解決方法.結(jié)果表明:試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)采用不同的函數(shù)擬合會(huì)對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響,Boltzmann函數(shù)的擬合結(jié)果更貼合實(shí)際;判定韌脆轉(zhuǎn)變溫度的４種方法各有特點(diǎn),在檢測(cè)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用;試樣晶狀區(qū)域輪廓、斷口平整度特別是韌脆斷面類(lèi)型會(huì)直接影響剪切斷面率的評(píng)價(jià),另在檢測(cè)報(bào)告中還應(yīng)注明取樣位置和方向;在試樣數(shù)量受限的情況下,應(yīng)將試樣盡量分配在靠近３０％~７０％剪切斷面率的區(qū)間來(lái)獲取韌脆轉(zhuǎn)變溫度.

關(guān)鍵詞:韌脆轉(zhuǎn)變溫度;剪切斷面率;沖擊吸收能量;側(cè)膨脹值;擬合函數(shù);斷口形貌

中圖分類(lèi)號(hào):TG１１５．５＋６ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１７)０６Ｇ０４２２Ｇ０６

SomeKeyProblemsinTestingofDuctileＧBrittleTransitionTemperatureofMetallicMaterials

XUHejun

(ShanghaiKeyLaboratoryofEngineeringMaterialsApplicationandEvaluation,ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shanghai２００４３７,China)

Abstract:SomeproblemsencounteredinthetestingoftheductileＧbrittletransitiontemperatureofmetallic

materialsandcorrespondingsolutionswerediscussed．Theresultsshowthatwhenprocessingthetestdata,the

fittingfunctionswouldhaveagreatinfluenceonthefinaltestresult,andthefittingresultswithBoltzmannfunction

weremorepractical．Thefour methodsfordeterminingtheductileＧbrittletransitiontemperaturehadtheirown

characteristics,andtheyshouldbeappliedflexiblyaccordingtotheactualsituation．Specimencrystalareaprofile,

fractureflatness,especiallytheductilebrittlefracturesectiontypewoulddirectlyaffecttheevaluationofpercent

shearfracture,andthesamplinglocationanddirectionshouldbeindicatedinthetestreport．Whenthenumberof

specimenswaslimited,specimensshouldbeallocatedinareasonablerangewithpercentshearfractureof３０％~７０％toobtaintheductileＧbrittletransitiontemperature．

Keywords:ductilebrittletransitiontemperature;percentshearfracture;impactabsorbedenergy;lateralexpansion;fittingfunction;fracturemorphology

工程 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 中,金 屬 材 料 的 韌 脆 轉(zhuǎn) 變 溫 度(DuctileＧBrittelTransitionTemperature,DBTT),作為衡量金屬材料低溫特性的主要性能參數(shù)之一,能夠比較真實(shí)地反映出材料在不同溫度下的斷裂形式,從而可對(duì)一些工件在低溫環(huán)境下的服役能力和事故風(fēng)險(xiǎn)作出預(yù)先評(píng)估.金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度檢測(cè)試驗(yàn)看似簡(jiǎn)單,但實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中卻會(huì)出現(xiàn)很多狀況,其中包含了諸多需要關(guān)注的細(xì)節(jié)和尚待思考的問(wèn)題.為此,筆者從檢測(cè)工作不斷完善和規(guī)范化的角度,結(jié)合自身實(shí)際工作中遇到的一些關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討和分析,以供相關(guān)人員參考.

１ 擬合函數(shù)的選擇

眾所周知,沖擊吸收能量與試驗(yàn)溫度存在一定的函數(shù)關(guān)系,通常可以用連續(xù)單點(diǎn)擬合的方式獲得DBTT 曲線.試驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線擬合是材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度檢測(cè)中至關(guān)重要的一環(huán),直接關(guān)系到最終特征點(diǎn)的選 取,然 而 BSENIOS１４８Ｇ１:２０１６[１],GB/T２２９－２００７[２],ASTM E２３－１６b[３]中均未對(duì)此作出明確規(guī)定,只是均以資料性附的形式給出了沖擊吸收能量和溫度(KＧT)曲線示意圖,并附上了“用以確定轉(zhuǎn)變溫度的方法應(yīng)在相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,或通過(guò)協(xié)議規(guī)定”的說(shuō)明,僅是對(duì) DBTT 的４種規(guī)定方法選擇的說(shuō)明,即沖擊吸收能量具體值、沖擊吸收能量百分比、剪切斷面率百分比和側(cè)膨脹值具體值.筆者認(rèn)為,無(wú)論選用哪種方法,出于嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范化要求的考慮,都應(yīng)當(dāng)先利用函數(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,因此有必要研究不同的擬合函數(shù)對(duì) KＧT 曲線最終的走 勢(shì) 以 及 特 征 點(diǎn) 選 取 的 影 響. 為 此,對(duì) 一 組３４CrNiMo６合金鋼的系列溫度沖擊試驗(yàn)結(jié)果(表１)分別選用Boltzmann,Weibull,Gompertz,Richards等４種具有S形增長(zhǎng)模型的回歸函數(shù)進(jìn)行擬合,所得曲線如圖１所示,以５０％剪切斷面率對(duì)應(yīng)的溫度表示的韌脆轉(zhuǎn)變溫度T５０％FAT測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表２.

由上述結(jié)果可以看出,前３種函數(shù)擬合的結(jié)果基本一致,但經(jīng) Richards函數(shù)擬合后的曲線與實(shí)際情況嚴(yán)重不符.通常來(lái)講,在數(shù)據(jù)點(diǎn)分散不嚴(yán)重的情況下,利 用 Boltzmann,Weibull,Gompertz函 數(shù)擬合都可以得到相對(duì)可靠的試驗(yàn)結(jié)果.采用不同的函數(shù)擬合得到的試驗(yàn)結(jié)果肯定會(huì)存在一定差異,但目前業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為采用Boltzmann函數(shù)擬合的曲線具有更高的相關(guān)系數(shù),在數(shù)據(jù)點(diǎn)分散性較大的情況下依然可以較好地?cái)M合出曲線,同時(shí)其擬合曲線的上、下平臺(tái)以及轉(zhuǎn)折點(diǎn)物理意義相對(duì)更為明確.另外,Boltzmann函數(shù)對(duì)各類(lèi)不同變化趨勢(shì)的曲線都能進(jìn)行較好地?cái)M合,如圖２所示.

Boltzman函數(shù)表達(dá)式為A ＝A１ －A２１＋e(T－T０)/dT ＋A２ (１)式中:A 為剪切斷面率;A１,A２ 為待定系數(shù);T 為溫度;T０ 為拐點(diǎn)溫度.由式(１)可見(jiàn):當(dāng) T 趨于＋∞時(shí),A 趨于 A２,因此A２ 可以作為韌脆轉(zhuǎn)變曲線的上平臺(tái);當(dāng) T 趨于－∞時(shí),A 趨于A１,A１ 可以作為韌脆轉(zhuǎn)變曲線的下平臺(tái);而(T－T０)/dT反映出的是曲線過(guò)渡區(qū)域的變化趨勢(shì),dT 可以表示材料在塑性和韌性之間隨溫度變化的難易程度,dT 越小,則表示塑性區(qū)更易向脆性區(qū)轉(zhuǎn)變,T０ 對(duì)應(yīng)曲線的拐點(diǎn),當(dāng)擬合后的曲線上、下平臺(tái)明顯且過(guò)渡區(qū)域分布較均勻的情況下,該值非常接近５０％剪切斷面率對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度,此時(shí)可直接選用T０ 值作為T(mén)５０％FAT.因此,目前有不少學(xué)者建議將Boltzmann函數(shù)納入沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中作為數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)一手段,以此增加數(shù)據(jù)之間的可比性.

２ 判定方法的選擇

韌脆轉(zhuǎn)變溫度曲線陡峭上升的區(qū)域覆蓋的溫度范圍較寬,標(biāo)準(zhǔn)中列出了４種方法來(lái)規(guī)范轉(zhuǎn)變溫度特征點(diǎn)選取的問(wèn)題,分別是:沖擊吸收能量達(dá)到某一特征值;沖擊吸收能量達(dá)到上平臺(tái)能量某一百分?jǐn)?shù);切斷面率達(dá)到某一百分?jǐn)?shù);側(cè)膨脹值達(dá)到某一個(gè)量.筆者針對(duì)各個(gè)判定方法,采用 Boltzmann函數(shù)進(jìn)行曲線擬合,為避免過(guò)多地引入人為不確定因素,“沖擊吸收能量達(dá)到某一特征值”和“側(cè)膨脹值達(dá)到某一個(gè)量”的規(guī)定方法暫不作討論,可根據(jù)材料實(shí)際情況由經(jīng)驗(yàn)確定.

表４給出的是以“沖擊吸收能量達(dá)到上平臺(tái)能量５０％”作以判據(jù)對(duì)應(yīng)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度T５０％ET.利用沖擊吸收能量Ｇ溫度曲線擬合來(lái)獲得轉(zhuǎn)變溫度時(shí),建議將上平臺(tái)沖擊吸收能量的５０％作為衡量依據(jù),可以

較為實(shí)際地反映出材料的韌脆轉(zhuǎn)變特性,但需注意的是,試樣沖擊吸收能量在達(dá)到上平臺(tái)后,隨著溫度的升高還會(huì)有一定的上浮空間,為過(guò)渡性轉(zhuǎn)折,所以試驗(yàn)過(guò)程中上平臺(tái)數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取有一定的講究,理論上應(yīng)將沖擊吸收能量Ｇ溫度曲線上剛好達(dá)到１００％剪切斷面率時(shí)所對(duì)應(yīng)的沖擊吸收能量作為上平臺(tái)能量,以此值的５０％作為基準(zhǔn)來(lái)確定 T５０％ET 更貼合實(shí)際,否則選擇更高的上平臺(tái)點(diǎn)會(huì)直接導(dǎo)致T５０％ET的升高.因各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)取自工件的不同部位,筆者認(rèn)為單純依照某個(gè)指定的側(cè)膨脹值來(lái)統(tǒng)一衡量韌脆轉(zhuǎn)變溫度是不合適的.因此,表５是在參照T５０％FAT和T５０％ET的基礎(chǔ)上,基于各測(cè)試位置的側(cè)膨脹值Ｇ溫度曲線以“側(cè)膨脹值達(dá)到上平臺(tái)側(cè)膨脹值５０％”作以判據(jù)對(duì)應(yīng)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度 T５０％LE,同樣側(cè)膨脹值在上平臺(tái)區(qū)域隨著溫度的升高還有一定的上浮趨勢(shì),試驗(yàn)過(guò)程中也可以適當(dāng)參考沖擊吸收能量的穩(wěn)定程度來(lái)確定上平臺(tái)側(cè)膨脹值.由上述３種不同判定方法得到的韌脆轉(zhuǎn)變溫度可以看出,在統(tǒng)一采用 Boltzmann函數(shù)進(jìn)行曲線擬合的情況下,不同的判定方法得出的結(jié)果還是有所差異的,偏差范圍基本在１０ ℃之內(nèi),個(gè)別也有相差近２０ ℃的情況,例如１號(hào)試樣的 B位置,T５０％FAT與T５０％LE 相 差 ２０ ℃. 暫 且 拋 開(kāi) 人 為 引 入 的 誤 差,表３~５的試驗(yàn)結(jié)果在一定程度上說(shuō)明由不同判定方法確定得到的試驗(yàn)結(jié)果在總體上還是可以互相參考比較的,這從另一方面也論證了沖擊吸收能量Ｇ剪切斷面率Ｇ側(cè)膨脹值之間的內(nèi)在聯(lián)系.筆者認(rèn)為,雖然不能斷言利用哪一種判定方法得到的試驗(yàn)結(jié)果更好,但可以肯定的是,３種方法各有優(yōu)勢(shì),在特殊情況下可以靈活選用,例如碰到混合斷面材料時(shí),通過(guò)T５０％FAT的判定方法來(lái)確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度就行不通,那么在供 需 雙 方 均 認(rèn) 可 的 前 提 下,可 以 考 慮 使 用T５０％ET甚至T５０％LE作為判據(jù)來(lái)確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度.

３ 材料斷面情況的影響

理想情況下,針對(duì)某一材料能以T５０％FAT作為判據(jù)來(lái)測(cè)定其韌脆轉(zhuǎn)變溫度的前提是,沖斷后的試樣韌性區(qū)域和脆性區(qū)域特征明顯、輪廓規(guī)則且分界清晰,然而實(shí)際工作中很難碰到完全符合這些條件的情形.因此,在這些不利條件的影響下,如何盡可能地提高T５０％FAT檢測(cè)的精度具有重要意義.

３．１ 斷面類(lèi)型

一些低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的沖擊試樣斷口形貌呈混合型,即韌性和脆性沒(méi)有明確的邊界區(qū)分,甚至韌性和脆性以混合形態(tài)存在,這就導(dǎo)致無(wú)法直接通過(guò)手工測(cè)量或者肉眼目測(cè)的方式來(lái)獲得剪切斷面率,ASTM E２３－１６b 中 也 特 意 強(qiáng) 調(diào) 了 SAE４３４０(對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)牌號(hào) ４CrNiMoA)鋼對(duì)此方法不適用.在該種情況下,可以采用儀器化沖擊方法來(lái)獲取該類(lèi)材料在不同溫度下的力Ｇ位移曲線,經(jīng)后續(xù)處理拾取特征點(diǎn)來(lái)獲得不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展的起始和終止階段,然后計(jì)算得到不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展吸收能量及剪切斷面率,從而解決混合型斷面材料無(wú)法通過(guò)剪切斷面率評(píng)價(jià)的方式獲得韌脆轉(zhuǎn)變溫度的問(wèn)題,國(guó)內(nèi)已有部分學(xué)者開(kāi)展了該方面的研究工作,筆者在后續(xù)的工作中也會(huì)對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的探討.通常情況下典型的(韌脆區(qū)域分明)及混合型的沖擊斷口形貌如圖３所示.

３．２ 斷面輪廓形狀

不同材料試樣沖擊斷裂后,晶狀區(qū)域的輪廓不全相同,有長(zhǎng)條形的、四方形的、梯形的,甚至有分段的、不規(guī)則的等.針對(duì)規(guī)則形狀,可以采用最接近的數(shù)學(xué)求積公式來(lái)近似求得其面積;如果是分段型的,則只能通過(guò)將各個(gè)分散的區(qū)域單獨(dú)計(jì)算然后相加的方法求得,但導(dǎo)致的問(wèn)題是,各微小區(qū)域的面積計(jì)算與實(shí)際情況的誤差如何縮小? 憑借肉眼直接去“估算”的度如何把握? 近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外一些知名試驗(yàn)機(jī)廠商已將微機(jī)自動(dòng)壓痕測(cè)量系統(tǒng)集成到了布氏硬度計(jì)上,可以更加便捷地得到材料的硬度.筆者認(rèn)為可以嘗試將技術(shù)運(yùn)用至沖擊試樣斷面形貌的尺寸測(cè)量上,從而推動(dòng)材料韌脆轉(zhuǎn)變性能評(píng)價(jià)的自動(dòng)化測(cè)試進(jìn)程.當(dāng)然,壓痕自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確完成測(cè)量的前提條件是壓痕邊界清晰,壓痕與周邊的色差明顯,這對(duì)于對(duì)表面粗糙度有固定要求的硬度試樣相對(duì)而言比較容易滿(mǎn)足,但將其運(yùn)用至評(píng)價(jià)沖擊試樣的自然斷口形貌時(shí),情況則比較復(fù)雜,需要克服斷口表面不平整導(dǎo)致的對(duì)焦問(wèn)題,形狀不規(guī)則導(dǎo)致的面積積分問(wèn)題,韌脆區(qū)域色差不明顯導(dǎo)致的邊界判定等問(wèn)題.

３．３ 斷面平整度

部分試樣沖擊斷裂后的斷面未必是平整的表面,有可能是臺(tái)階狀的,甚至出現(xiàn)中間脆性區(qū)域橫跨兩個(gè)以上臺(tái)階的情形.這種情況下就不能直觀地利用量具去手工測(cè)量了,筆者建議對(duì)斷面進(jìn)行拍攝投處理,利用計(jì)算機(jī)輔助工具計(jì)算其剪切斷面率.

４ 取樣位置及方向的影響

４．１ 取樣位置

同樣,采 用 上 述 試 驗(yàn) 結(jié) 果,３ 件 工 件 A,B,C３個(gè)位置獲得的共計(jì)９組試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合后得到的剪切斷面率 Ｇ溫度曲線及韌脆轉(zhuǎn)變溫度 T５０％FAT 如圖４所示.

結(jié)合表１的試驗(yàn)結(jié)果可以看出,不同取樣位置的T５０％FAT相差還是比較明顯的,整體來(lái)看,由 A 位置經(jīng) B位置再到 C位置,其韌脆轉(zhuǎn)變溫度呈升高的趨勢(shì),即工件表面的韌脆轉(zhuǎn)變溫度要低于內(nèi)部的,相對(duì)而言其韌性更好,這是由于零件在熱處理工藝過(guò)程中各部位承受條件不均勻?qū)е碌?試樣的取樣位置會(huì)直接影響力學(xué)性能的試驗(yàn)結(jié)果,在沖擊試驗(yàn)中尤為明顯.若是較大的構(gòu)件,應(yīng)當(dāng)憑借經(jīng)驗(yàn)考慮到熱處理工藝不均勻性導(dǎo)致的各部位性能的差異,單套T５０％FAT的檢測(cè)必須限制在“一定區(qū)域”內(nèi),并且只能用來(lái)評(píng)價(jià)這一區(qū)域的韌脆轉(zhuǎn)變性能,而不能代表整個(gè)工件的,而這個(gè)“一定區(qū)域”,必須人為地把關(guān),需要 雙 方 遵 循 相 應(yīng) 的 取 樣 標(biāo) 準(zhǔn),如 GB/T２９７５－１９９８«鋼及鋼產(chǎn)品 力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備»,也可以依照雙方的協(xié)議要求或者通過(guò)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)判斷等手段,其目的都是為了獲得工件穩(wěn)定真實(shí)的韌脆轉(zhuǎn)變性能.

４．２ 取樣方向

取樣方向 的 選 擇 也 是 較 為 重 要 的 一 環(huán),板 材軋制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生織構(gòu)、表層受力、晶粒流動(dòng)等現(xiàn)象,使一些中 厚 板 橫 向 和 縱 向 的 性 能 差 異 非 常 明顯,甚至斷口類(lèi)型完全不一樣.如圖５a)和圖５b)所示分別為 SAE４１４０ 合 金 鋼(正 火 ＋ 調(diào) 質(zhì) 處 理)縱向和橫向試樣在－３０ ℃沖擊試驗(yàn)后斷口的宏觀形貌,可以看 出 橫 向 與 縱 向 試 樣 的 沖 擊 斷 口 形 貌存在明顯的 差 異,縱 向 斷 口 呈 灰 暗 的 韌 脆 混 合 斷裂特征,而橫 向 斷 口 則 呈 現(xiàn) 出 明 顯 的 亮 白 色 脆 性斷裂特征,且具有一定的方向性,雖韌脆區(qū)域差別明顯,但分界處形狀極不規(guī)則,給剪切斷面率的評(píng)價(jià)帶來(lái)一定困難.因此,建議在 T５０％FAT 檢測(cè)報(bào)告中注明取樣方向.

５ 其他問(wèn)題

５．１ 數(shù)值修約問(wèn)題

GB/T２２９－２００７基本照搬了BSENISO１４８Ｇ１:２００６的內(nèi)容,與 ASTM E２３－１６b一樣,３者都未對(duì)報(bào)告中剪切斷面率的數(shù)值修約情況進(jìn)行規(guī)范,但在各自 的 附 錄 中 都 以 表 格 的 形 式 呈 現(xiàn) 了 １％ ~１００％剪切斷面率的計(jì)算對(duì)照方法,并為肉眼估量的方法提供了“斷口形貌和剪切斷面率對(duì)照表”及“估計(jì)斷口形貌用指南”,該“指南”中基本以１０％的區(qū)間為分隔進(jìn)行評(píng)價(jià),擺動(dòng)幅度較大,這就要求檢測(cè)人員在分析判斷韌脆區(qū)域面積的時(shí)候十分小心,因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)中的對(duì)照表只針對(duì)試樣斷面脆性區(qū)域呈矩形狀的理想情況,其他形狀的試樣則需要結(jié)合自身的判斷和相關(guān)的檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷.筆者建議檢測(cè)報(bào)告中應(yīng)當(dāng)將剪切斷面率的數(shù)值修約分為兩種情況:經(jīng)量具 測(cè) 量 后 計(jì) 算 得 到 的 數(shù) 值 結(jié) 果 應(yīng) 精 確 到１％;而試驗(yàn)過(guò)程中以肉眼對(duì)照評(píng)價(jià)所得的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)盡量精確到５％.這為 T５０％FAT 檢測(cè)過(guò)程中復(fù)雜的斷面形貌剪切斷面率計(jì)算問(wèn)題提供了規(guī)范化要求,特別是在剪切斷面率Ｇ溫度曲線的過(guò)渡區(qū)域,肉眼估算的準(zhǔn)確性會(huì)直接影響剪切斷面率Ｇ溫度曲線的走勢(shì)及最終試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際相符合的程度.

５．２ 試樣分配問(wèn)題

在評(píng)價(jià)材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度的過(guò)程中,如果需要了解該材料在各個(gè)溫度區(qū)間的韌脆特性,就必須對(duì)剪切斷面率Ｇ溫度曲線的上、下平臺(tái)及過(guò)渡區(qū)域不斷地補(bǔ)充完善,得出的試驗(yàn)曲線才可以準(zhǔn)確地反映出材料剪切斷面率隨溫度的變化趨勢(shì),并可以通過(guò)擬合曲線獲得任一溫度下剪切斷面率,這樣做的目的是要獲取一條完整的剪切斷面率Ｇ溫度曲線.但如果只是要檢測(cè) T５０％FAT,即韌脆區(qū)域各占５０％的轉(zhuǎn)變溫度,可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理.如果試件有條件允許取出足夠多的試樣,則可以按照上述方法完善整條曲線得出試驗(yàn)結(jié)果,盡量減少分散性帶來(lái)的不利影響.如果試件本身尺寸有限,或者形狀不規(guī)則,可以判斷熱處理工藝會(huì)帶來(lái)性能不均勻的情況下,能夠取出的試樣本身就非常有限,在這種情況 下,應(yīng) 當(dāng) 遵 循 的 原 則 是:首 先 盡 可 能 地 滿(mǎn) 足４０％~６０％剪切斷面率過(guò)渡區(qū)域的試樣分配,其次是２０％~４０％和６０％~８０％的轉(zhuǎn)折區(qū)域,最后才是曲線的上、下平臺(tái).試樣數(shù)量有限的情況下,要獲取T５０％FAT可以將試樣盡量地分配在靠近３０％~７０％剪切斷面率的區(qū)間,一味地追求剪切斷面率Ｇ溫度曲線的對(duì)稱(chēng)及趨勢(shì)的平滑、美觀是不合理的,材料在高、低溫區(qū)域的韌脆變化趨勢(shì)很有可能是不一樣的,甚至?xí)休^大的差別,且試樣數(shù)量也經(jīng)常會(huì)受限制,

最終實(shí)際獲得的曲線不一定美觀,問(wèn)題的關(guān)鍵是檢測(cè)目的.依據(jù)上述方法獲得的T５０％FAT,即使最終擬合出的曲線是非常“難看”的,但是它能夠在有限的試驗(yàn)條件下得出盡可能貼近實(shí)際的結(jié)果.

５．３ 組織變化問(wèn)題

理論上講,只要金屬材料內(nèi)部組織保持穩(wěn)定,其對(duì)應(yīng)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度就應(yīng)該是恒定的,但實(shí)際情況下,材料所處環(huán)境溫度的變化,有可能會(huì)引起材料內(nèi)部組織的變化,導(dǎo)致材料本身的特性發(fā)生改變.例如一些馬氏體鋼,淬火過(guò)程中轉(zhuǎn)變不完全是馬氏體相變的主要特點(diǎn),導(dǎo)致金屬材料在室溫下仍會(huì)保留部分殘余奧氏體,經(jīng)低溫條件下的保溫處理后,這些殘余奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變成更穩(wěn)定的馬氏體[５],導(dǎo)致材料力學(xué)性能發(fā)生改變,類(lèi)似于工業(yè)生產(chǎn)中的“深冷處理”.該因素或許影響有限,但在檢測(cè)時(shí)也需要注意,這也是除了試樣加工精度、性能不均勻、人為引入誤差等因素外導(dǎo)致轉(zhuǎn)變曲線上出現(xiàn)分散帶的另一個(gè)原因.

６ 結(jié)論

(１)在進(jìn)行金屬材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度檢測(cè)時(shí),選用不同的擬合函數(shù)會(huì)影響最終的特征點(diǎn)選取,普遍認(rèn)為選用Boltzmann函數(shù)能夠更好地對(duì)各類(lèi)曲線進(jìn)行擬合,且物理意義更明確,選取的特征點(diǎn)也更貼合實(shí)際.

(２)選用不同的判定方法對(duì)最終測(cè)得的韌脆轉(zhuǎn)變溫度有一定的影響,但每種判定方法各有優(yōu)勢(shì),在檢測(cè)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況合理選取.

(３)沖擊試樣的斷口形貌即斷面類(lèi)型、斷面輪廓、斷面平整度對(duì)韌脆區(qū)域所占比例的判定有較大影響,如何解決復(fù)雜斷口剪切斷面率的評(píng)價(jià)問(wèn)題需要一個(gè)不斷積累和完善的過(guò)程.

(４)沖擊試樣的取樣位置和取樣方向也是影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度檢測(cè)結(jié)果的不可忽視的一個(gè)重要因素,對(duì)于某些材料(諸如 SAE４１４０,４３４０合金鋼一類(lèi)的混合型斷面材料),不同的取樣方向得到的沖擊斷面類(lèi)型截然不同.

(５)建議在對(duì)剪切斷面率進(jìn)行數(shù)值修約時(shí)按照以下間隔進(jìn)行修約:利用肉眼對(duì)照評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)盡量精確至５％,而手工測(cè)量計(jì)算時(shí)應(yīng)修約至１％.

(６)在試樣數(shù)量受限、單純獲取T５０％FAT 的情況下,可以將試樣盡量地分配在靠近３０％~７０％剪切斷面率的區(qū)間內(nèi),不必刻意追求轉(zhuǎn)變曲線的平滑及對(duì)稱(chēng)性.

場(chǎng)中１mm２ 面積內(nèi)的晶粒數(shù)等于 NAE 的１５．５倍,那么 NAE為７．０,再根據(jù)式(２),可以計(jì)算出該試樣的晶粒級(jí)別指數(shù)G＝３．８.試驗(yàn)用鋁合金試樣晶粒級(jí)別指數(shù),采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的截距法的計(jì)算結(jié)果為G＝３．８±０．５.通過(guò)比較可見(jiàn),采用平面晶粒計(jì)算法使用iTEM 軟件計(jì)算的結(jié)果,與該試樣的標(biāo)準(zhǔn)值符合良好.

３ 結(jié)論

鋁合金晶粒級(jí)別指數(shù)的測(cè)定,無(wú)論是采用比較法、平面晶粒計(jì)算法,還是截距法,都需要考慮到真實(shí)倍率的問(wèn)題.比較法需要與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果只能保留整數(shù),不確定度較大.后兩種方法需要在顯微鏡的毛玻璃片上劃圓或直線,操作起來(lái)不方便,而且當(dāng)晶粒級(jí)別指數(shù)較大時(shí),晶粒數(shù)過(guò)多會(huì)造成計(jì)數(shù)的極度不便,甚至錯(cuò)誤.iTEM 軟件具備強(qiáng)大的測(cè)量功能,可以很方便地計(jì)數(shù).無(wú)論金相圖片的實(shí)際倍率是多少,都能通過(guò)改變標(biāo)尺的名義尺寸,使圖片在名義上處于１００倍,然后直接根據(jù)晶粒級(jí)別指數(shù)的定義公式,無(wú)需對(duì)比和查閱標(biāo)準(zhǔn)中的表格數(shù)據(jù),就能獲取到準(zhǔn)確、可靠的晶粒級(jí)別指數(shù)測(cè)定結(jié)果.

（材料與測(cè)試網(wǎng)-理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)）