。608 北京科技大学学报 第32卷 2.3断口形貌分析 突起非常明显，呈花瓣状.另外，在韧窝底部发现有 图5为1和2钢一40℃时的冲击断口SM照 球状夹杂，这些球状夹杂与韧窝之间存在较大的空 片.1钢的断口形貌整体呈河流花样，是典型的解 隙。这说明2C13不锈钢在断裂之前发生过较大的 理断裂，也就是说。对实验所用的2C13不锈钢来 塑性变形.图6是2钢断口韧窝中的夹杂物（箭头 讲，冲击时裂纹主要是穿晶扩展：而2试样则呈现 所指扫描电镜照片及其能谱图.结合其化学成分 出准解理十韧窝的断口形貌，韧窝较深，数量也较 的能谱分析，可以断定此夹杂物为稀土硫氧化物 多，并且在靠近解理和韧窝的边界处，断裂的撕裂棱 CeQ S (a) b 图5一40℃时实验钢的冲击断口形貌.（司1钢：(b2钢 Fg5 mpact fmcuremopho bges of the stee5at-40℃：（两S1eel1F(b)Sweel2# 800Fb 600 Ce 400 0 200 10 能量keN 图62钢中韧窝底部的稀土硫氧化物夹杂SM形貌()及其能谱(b) F 6 SEM image a)and EDS spectnm b)of rare eanh oxysulfide incusions at the botrm of diple in steel2 2.4稀土对冲击韧性的影响机制分析 易沿解理面扩展，直至断裂. 本实验中除稀土外，1和2钢的化学成分基本 2钢中含有细小、球形的稀土硫氧化物夹杂，它 相同，因此两者的裂纹形成阶段相似，晶界的净化状 们分布在钢的基体界面上，当裂纹扩展到夹杂物处 况以及稀士夹杂物的形态和分布就成了影响冲击性 时，稀土夹杂物减缓了应力集中，使得夹杂不易脱离 能的主要因素.冲击韧性受裂纹形成和扩展两阶段 基体，阻碍了裂纹的扩展，使得裂纹扩展功增大，微 的影响，对于体心立方结构的铁原子来说，通常会发 观形貌表现为准解理到韧窝的转变.从断口观察到 生以{100为解理面的解理断裂山.从1钢的断口 韧窝很深，说明稀土夹杂物在与基体脱离之前，周围 形貌可以判定，放射状花样是解理裂纹的发源地，在 吸收了大量的应力集中，稀土夹杂与基体之间发生 放射状花样中心存在着数量较多的长条状MS和 过相当大的塑性变形，微观的塑性变形松弛了裂纹 圆滑性较差的硅酸盐等夹杂，发生冲击断裂时，这些 尖端的应力集中，减缓了裂纹的扩展.另外，2试样 夹杂物在受热变形过程中强烈地阻碍位错的运动， 加入稀土后，S含量明显降低，说明稀土具有较强的 造成位错塞积产生应力集中，导致解理裂纹在析出 脱能力.微量稀土元素偏聚于晶界，减少了杂质 物附近形核，然后沿解理面扩展.另外，杂质元素S 元素S等在晶界的偏聚，净化了品界，提高了晶界的 P等易于在晶界偏析，引起界面能降低，使裂纹更容 强度，试样在承受冲击载荷时，晶界将吸收更多的裂北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 2.3 断口形貌分析 图 5为 1 #和 2 #钢 -40 ℃时的冲击断口 SEM照 片 .1 #钢的断口形貌整体呈河流花样, 是典型的解 理断裂 ,也就是说, 对实验所用的 2Cr13 不锈钢来 讲 ,冲击时裂纹主要是穿晶扩展;而 2 #试样则呈现 出准解理 +韧窝的断口形貌 , 韧窝较深 , 数量也较 多 ,并且在靠近解理和韧窝的边界处 ,断裂的撕裂棱 突起非常明显 ,呈花瓣状 .另外 ,在韧窝底部发现有 球状夹杂 ,这些球状夹杂与韧窝之间存在较大的空 隙, 这说明 2Cr13不锈钢在断裂之前发生过较大的 塑性变形 .图 6是 2 #钢断口韧窝中的夹杂物 (箭头 所指 )扫描电镜照片及其能谱图.结合其化学成分 的能谱分析 , 可以断定此夹杂物为稀土硫氧化物 Ce2 O2 S. 图 5 -40℃时实验钢的冲击断口形貌.(a)1 #钢;(b)2 #钢 Fig.5 Impactfracturemorphologiesofthesteelsat-40℃:(a)Steel1 #;(b)Steel2 # 图 6 2 #钢中韧窝底部的稀土硫氧化物夹杂 SEM形貌(a)及其能谱(b) Fig.6 SEMimage(a)andEDSspectrum(b)ofrareearthoxysulfideinclusionsatthebottomofdimpleinsteel2 # 2.4 稀土对冲击韧性的影响机制分析 本实验中除稀土外 , 1 #和 2 #钢的化学成分基本 相同, 因此两者的裂纹形成阶段相似 ,晶界的净化状 况以及稀土夹杂物的形态和分布就成了影响冲击性 能的主要因素.冲击韧性受裂纹形成和扩展两阶段 的影响 ,对于体心立方结构的铁原子来说 ,通常会发 生以{100}为解理面的解理断裂 [ 11] .从 1 #钢的断口 形貌可以判定,放射状花样是解理裂纹的发源地,在 放射状花样中心存在着数量较多的长条状 MnS和 圆滑性较差的硅酸盐等夹杂,发生冲击断裂时 ,这些 夹杂物在受热变形过程中强烈地阻碍位错的运动 , 造成位错塞积,产生应力集中, 导致解理裂纹在析出 物附近形核 ,然后沿解理面扩展 .另外,杂质元素 S、 P等易于在晶界偏析, 引起界面能降低 ,使裂纹更容 易沿解理面扩展,直至断裂. 2 #钢中含有细小 、球形的稀土硫氧化物夹杂, 它 们分布在钢的基体界面上, 当裂纹扩展到夹杂物处 时, 稀土夹杂物减缓了应力集中, 使得夹杂不易脱离 基体 ,阻碍了裂纹的扩展, 使得裂纹扩展功增大, 微 观形貌表现为准解理到韧窝的转变.从断口观察到 韧窝很深 ,说明稀土夹杂物在与基体脱离之前,周围 吸收了大量的应力集中, 稀土夹杂与基体之间发生 过相当大的塑性变形 ,微观的塑性变形松弛了裂纹 尖端的应力集中,减缓了裂纹的扩展 .另外, 2 #试样 加入稀土后, S含量明显降低 ,说明稀土具有较强的 脱 S能力 .微量稀土元素偏聚于晶界, 减少了杂质 元素 S等在晶界的偏聚 ,净化了晶界, 提高了晶界的 强度 ,试样在承受冲击载荷时 ,晶界将吸收更多的裂 · 608·