一种表征材料韧脆转变临界点的方法与流程

本发明属于材料断裂性能表征
技术领域：
，具体涉及一种表征材料韧脆转变临界点的方法。
背景技术：
：在研究套管钻井钢及钻杆钢冲击性能时发现，韧脆转变临界点是材料的一个重要的特征参数，超过此点，材料能够安全的应用，低于此点材料冲击性能极具下降，显著的增加断裂概率。目前，表征材料冲击韧性临界点的方法很多，如塑性断裂转变、断口形貌转变、平均功转变、延性转变等等。相比之下，平均功转变和断口形貌转变用的较多，而且断口形貌转变温度和平均功转变温度比较接近。但平均功转变必须通过试验来完成，必须加工标准试样等，断口形貌转变则存在更多问题，尤其材料处于上平台时并非一定为完全纤维断口。技术实现要素：为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表征材料韧脆转变临界点的方法，克服材料现有冲击韧性韧脆转变临界点表征方法的局限性，可以方便的进行材料的韧脆转变点确定，本发明具有不增加成本，方法简单，适用范围广的特点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种材料冲击韧性韧脆转变临界点表征的新方法，包括有如下步骤：第一，在不同试验温度下对试样进行冲击性能测试，获得试样的冲击能值；第二，测量试样的非剪切区径缩尺寸wmin；第三，利用下式计算第二步获得的非剪切区径缩比β=wmin/w式中：β为冲击试样断口的非剪切区径缩比；w为试样的原始宽度，单位为mm；wmin为试样冲击试验后断口非剪切区径缩的最小宽度，mm；第四，利用origin或excel软件绘制β和温度之间的关系图，根据boltzmann公式计算临界温度点；第五，将第四步获得的临界温度点和平均功转换法确定的临界温度点进行对比。所述的试验温度必须包含韧脆转变温度；所述的试验温度为：-60℃～80℃。步骤3所述的测量非剪切区径缩尺寸不限于纤维区，包括解理区，解理区为除去剪切区以外的区域。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主要应用于确定材料的韧脆转变临界点，能够广泛应用于安全评估方面。本发明则采用的是非剪切区缩颈率来表征。当非剪切区缩颈率小于某一值，材料则可安全使用，若非剪切区缩颈率大于某一值，则不能安全使用。因为非剪切区缩颈率与冲击能值具有定量关系，因此，可以用非剪切区缩颈率替代平均功转变法，避免了平均功法必须做实验的麻烦，尤其在工况现场进行安全评估，十分方便。因为非剪切区缩颈率本身是通过观察测量断口获得的信息，因此也可替代断口形貌转变法，也可以替代延性转变法，比形貌转变法更准确，比延性转变法应用更广泛。采用本发明的方法，能够为材料冲击韧性韧脆转变临界点的确定提供一种新的表征方法，能够很方便的进行材料的韧脆转变点确定。本发明具有不增加成本，方法简单，适用范围广等特点。从而增加了材料冲击性能韧脆转变的方便性和准确性，同时也增加了失效分析的方便性和多样性，在材料冲击性能韧脆表征方面具有重要的意义。本发明确定一个特征参数“非剪切区径缩比”，根据该参数可确定材料冲击能值；根据材料的冲击断口即可获得材料的韧性韧脆转变临界点。附图说明图1为本发明冲击试验后断口非剪切区径缩的最小宽度测量示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。实施例一第一，在不同温度下对试样进行冲击性能测试，从而获得冲击能值。材料为石油钻杆用钢，主要成分如下表所示：元素c%si%mn%p%s%cr%mo%ni%fe%质量分数0.2810.40.452＜0.0050.00241.3470.6890.657>95受限于材料尺寸，所有试样均为3/4试样，即7.5x10x55。试验在不同温度环境下进行，包括80℃，60℃，40℃，20℃，0℃，-20℃，-40℃，-60℃。对以上6组试样进行冲击性能测试，从而获得冲击能值；温度/℃806040200-20-40-60冲击能值/j110.1110.3107.596.7568.0056.6044.2037.70第二，测量非剪切区径缩尺寸wmin；温度/℃806040200-20-40-60非剪切区径缩/mm2.502.632.543.084.164.355.015.16图中虚线为纤维区和剪切区的分割线，双箭头线即为非剪切区径缩最小宽度；第三，利用下式计算非剪切区径缩比β=wmin/w式中：β为冲击试样断口的非剪切区径缩比；w为试样的原始宽度，单位为mm；wmin为试样冲击试验后断口非剪切区径缩的最小宽度，单位为mm；温度/℃806040200-20-40-60非剪切区径缩wmin/mm2.502.632.543.084.164.355.015.16非剪切区径缩比β0.3330.3510.3390.4110.5550.5840.6680.688确定一个特征参数“非剪切区径缩比”，根据该参数可确定材料冲击能值；步骤3所述的测量非剪切区径缩尺寸不限于纤维区，包括解理区，解理区为除去剪切区以外的区域；两侧的剪切区以外的区域即图1中虚线两侧的剪切区。第四，利用origin软件绘制β和温度之间的关系图，参考boltzmann公式进行拟合，计算临界温度点2.68℃，相关系数r为0.9822。第五，将第四步获得的临界温度点和平均功转换法确定的临界温度点2.29℃进行对比，发现误差在±0.5℃范围内。实施例二第一，在不同温度下对试样进行冲击性能测试，获得冲击能值；材料为石油钻杆用钢，主要成分如下表所示：元素c%si%mn%p%s%cr%mo%fe%质量分数0.2340.2930.8310.00520.00211.1111.665>95受限于材料尺寸，所有试样均为3/4试样，即7.5x10x55，试验在不同温度环境下进行，包括40℃，20℃，-20℃，-60℃，对以上试样进行冲击性能测试，从而获得冲击能值；温度/℃4020-20-60冲击能值/j96.8100.268.137.9第二，测量非剪切区径缩尺寸wmin；温度/℃4020-20-60非剪切区径缩/mm2.662.644.015.4图中虚线为纤维区和剪切区的分割线，双箭头线即为非剪切区径缩最小宽度；第三，利用下式计算非剪切区径缩比β=wmin/w式中：β为冲击试样断口的非剪切区径缩比；w为试样的原始宽度，mm；wmin为试样冲击试验后断口非剪切区径缩的最小宽度，mm；温度/℃4020-20-60非剪切区径缩wmin/mm2.662.643.495.4非剪切区径缩比β0.3550.3520.5340.720确定一个特征参数“非剪切区径缩比”，根据该参数可确定材料冲击能值；步骤3所述的测量非剪切区径缩尺寸不限于纤维区，包括解理区，解理区为除去剪切区以外的区域；两侧的剪切区以外的区域即图1中虚线两侧的剪切区。第四，利用软件绘制β和温度之间的关系图，参考boltzmann公式进行拟合，计算临界温度点为-20.29℃；第五，将第四步获得的临界温度点和平均功转换法确定的临界温度点18.82℃进行对比，发现误差在±3℃范围内。实施例三第一，在不同温度下对试样进行冲击性能测试，从而获得冲击能值；材料为钢铁，主要成分如下表所示：元素c%si%mn%p%s%cr%mo%fe%质量分数0.240.080.720.0050.0022.090.82>95试样均为全试样，即10x10x55，采用v型切口。试验在不同温度环境下进行，包括80℃，40℃，10℃，0℃，-20℃，-40℃，-60℃，对以上7组试样进行冲击性能测试，从而获得冲击能值；温度/℃8040100-20-40-60冲击能值/j69.9034.6318.398.306.826.506.22第二，测量非剪切区径缩尺寸wmin；80温度/℃8040100-20-40-60非剪切区径缩/mm5.356.757.728.799.129.269.41图中虚线为纤维区和剪切区的分割线，双箭头线即为非剪切区径缩最小宽度；第三，利用下式计算非剪切区径缩比，β=wmin/w式中：β为冲击试样断口的非剪切区径缩比；w为试样的原始宽度，单位为mm；wmin为试样冲击试验后断口非剪切区径缩的最小宽度，单位为mm；温度/℃8040100-20-40-60非剪切区径缩wmin/mm5.357.48.558.999.129.269.41非剪切区径缩比β0.5350.740.8550.8990.9120.9260.941确定一个特征参数“非剪切区径缩比”，根据该参数可确定材料冲击能值；步骤3所述的测量非剪切区径缩尺寸不限于纤维区，包括解理区，解理区为除去剪切区以外的区域；两侧的剪切区以外的区域即图1中虚线两侧的剪切区。第四，利用origin软件绘制β和温度之间的关系图，参考boltzmann公式进行拟合计算临界温度点50.53℃，相关系数r为0.998；第五，将第四步获得的临界温度点和平均功转换法确定的临界温度点51.12℃进行对比，发现误差在±3℃范围内。当前第1页12