龚帅等：微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响 527 解用起裂源 解理起裂源 100u 100 am 解理起裂源 解理起裂源 100 04e10A2014 100μ 4纳h=eA自a指 图5-40℃下不同微观组织三点弯曲缺口试样典型断口形貌.(a)G/S:(b)FG/CS:(c)CG/FS:(d)CG/CS Fig.5 Fracture surfaces of notched 3PB specimens with different microstructures at -40C:(a)FG/FS:(b)FG/CS:(c)CG/FS:(d)CG/CS 延性撕裂过程中缺口前的应力、应变分布会发生明显 非尖端起裂的其他试样，因此需在较高的温度下进 变化，导致无法准确计算起裂点处的应力，因此无法测 一步测试.CG/CS试样在-20℃和0℃下均表现为尖 定该温度下FG/FS试样及G/CS试样的解理断裂应 端起裂，在20℃下所有试样缺口尖端均未出现延性撕 力.在该温度下CG/FS试样及CG/CS试样缺口前端 裂，且起裂源远离缺口尖端，通过计算可得到CG/CS 均未出现延性撕裂区，但CG/CS试样均从缺口尖端直 试样的解理断裂应力： 接起裂，如图5(c)和(d)所示，所以可以得到CG/S 不同微观组织试样在非尖端起裂条件下的解理断 试样的解理断裂应力σ· 裂应力平均值如图7所示.由图可知：FG/FS试样的 由于FG/FS试样及FG/CS试样在-40℃下缺口 解理断裂应力o:平均值最高，为1573MPa;FG/CS试 前端出现较长的延性撕裂，无法测定断裂应力，因此需 样和CG/S试样的σ，平均值基本相当，分别为1315 进一步降低温度.在-80℃下，FG/S试样缺口尖端 MPa和1320MPa;而CG/CS试样的g,值最低，仅为 未出现延性撕裂，而且试样在离缺口尖端一定距离处 1226MPa.由此可见，对于以珠光体为主的珠光体-铁 起裂，在该温度下测定FG/FS试样的解理断裂应力是 素体复相组织的车轮钢，影响解理断裂应力的主要因 可靠的.-80℃下，对于FG/CS试样，4个试样中有3 素不仅包括晶粒尺寸，而且包括珠光体片间距.这与 个出现较明显的延性撕裂，由于试样2-5裂解起裂源 Lewandowski、Alexander等7-对于全珠光体材料的研 位置距缺口尖端大于500um,而该试样的延性撕裂区 究结果不同，在全珠光体材料中，解理断裂应力仅与珠 仅为50μm,延性撕裂对解理断裂应力的测量几乎没 光体片间距有关，而与原奥氏体晶粒尺寸无关 有影响，在该温度下可以得到FG/CS试样的解理断裂 应力.在-80℃下CG/FS试样及CG/CS试样缺口尖 3讨论 端均未出现延性撕裂，并且起裂源均位于缺口尖端. 微观组织对解理断裂应力的影响与解理断裂的微 进一步降低温度，在-120℃下，所有试样缺口尖端均 观机制密切相关.对解理断裂的研究认为，只有当缺 未出现延性撕裂，并且起裂源均位于缺口尖端，如图6 口或裂纹前端一定范围内的正应力达到临界值，才会 所示 引发解理1.对于FG/FS试样及G/CS试样，在 由于CG/CS试样在-40℃下解理断裂均起源于 -40℃下，缺口尖端出现先延性撕裂，而不是解理，说 缺口尖端，即尖端起裂，这使得试样的断裂机理不同于 明缺口前端尽管应变很大，但由于应力不足，无法发生龚 帅等: 微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响 图 5 － 40 ℃下不同微观组织三点弯曲缺口试样典型断口形貌． ( a) FG /FS; ( b) FG /CS; ( c) CG /FS; ( d) CG /CS Fig． 5 Fracture surfaces of notched 3PB specimens with different microstructures at － 40 ℃ : ( a) FG /FS; ( b) FG /CS; ( c) CG /FS; ( d) CG /CS 延性撕裂过程中缺口前的应力、应变分布会发生明显 变化，导致无法准确计算起裂点处的应力，因此无法测 定该温度下 FG / FS 试样及 FG /CS 试样的解理断裂应 力． 在该温度下 CG / FS 试样及 CG /CS 试样缺口前端 均未出现延性撕裂区，但 CG /CS 试样均从缺口尖端直 接起裂，如图 5( c) 和( d) 所示，所以可以得到 CG / FS 试样的解理断裂应力 σf ． 由于 FG / FS 试样及 FG /CS 试样在 － 40 ℃ 下缺口 前端出现较长的延性撕裂，无法测定断裂应力，因此需 进一步降低温度． 在 － 80 ℃ 下，FG / FS 试样缺口尖端 未出现延性撕裂，而且试样在离缺口尖端一定距离处 起裂，在该温度下测定 FG / FS 试样的解理断裂应力是 可靠的． － 80 ℃下，对于 FG /CS 试样，4 个试样中有 3 个出现较明显的延性撕裂，由于试样 2--5 裂解起裂源 位置距缺口尖端大于 500 μm，而该试样的延性撕裂区 仅为 50 μm，延性撕裂对解理断裂应力的测量几乎没 有影响，在该温度下可以得到 FG /CS 试样的解理断裂 应力． 在 － 80 ℃ 下 CG / FS 试样及 CG /CS 试样缺口尖 端均未出现延性撕裂，并且起裂源均位于缺口尖端． 进一步降低温度，在 － 120 ℃ 下，所有试样缺口尖端均 未出现延性撕裂，并且起裂源均位于缺口尖端，如图 6 所示． 由于 CG /CS 试样在 － 40 ℃ 下解理断裂均起源于 缺口尖端，即尖端起裂，这使得试样的断裂机理不同于 非尖端起裂的其他试样［14］，因此需在较高的温度下进 一步测试． CG /CS 试样在 － 20 ℃和 0 ℃下均表现为尖 端起裂，在 20 ℃下所有试样缺口尖端均未出现延性撕 裂，且起裂源远离缺口尖端，通过计算可得到 CG /CS 试样的解理断裂应力 σf ． 不同微观组织试样在非尖端起裂条件下的解理断 裂应力平均值如图 7 所示． 由图可知: FG / FS 试样的 解理断裂应力 σf平均值最高，为 1573 MPa; FG /CS 试 样和 CG / FS 试样的 σf平均值基本相当，分别为 1315 MPa 和 1320 MPa; 而 CG /CS 试 样 的 σf 值最 低，仅 为 1226 MPa． 由此可见，对于以珠光体为主的珠光体--铁 素体复相组织的车轮钢，影响解理断裂应力的主要因 素不仅包括晶粒尺寸，而且包括珠光体片间距． 这与 Lewandowski、Alexander 等［7--8］对于全珠光体材料的研 究结果不同，在全珠光体材料中，解理断裂应力仅与珠 光体片间距有关，而与原奥氏体晶粒尺寸无关． 3 讨论 微观组织对解理断裂应力的影响与解理断裂的微 观机制密切相关． 对解理断裂的研究认为，只有当缺 口或裂纹前端一定范围内的正应力达到临界值，才会 引发解 理［2，15］． 对于 FG / FS 试 样 及 FG /CS 试 样，在 － 40 ℃下，缺口尖端出现先延性撕裂，而不是解理，说 明缺口前端尽管应变很大，但由于应力不足，无法发生 · 725 ·