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16Mn板材焊接件裂纹萌生研究 实验者：张靖翊 学 号：080301124 班 级：金属材料工程一班 2011-11-5 目 录 摘要…………………………………………………………………………………………………3 1 绪论………………………………………………………………………………………………4 1.1低合金高强度钢的发展趋势…………………………………………………..……………4 1.2合金元素在低合金高强度钢（16Mn）中的作用及该的工程应用……………..………..5 1.3 低合金高强度钢的焊接难点……………………………………………………………….7 1.4 16Mn母材组织研究和力学性能测定………………………………………………………8 2 16Mn钢板手工电弧焊接头组织、性能研究…………………………………………………..11 2.1 5mm厚16Mn钢板实际焊接………………………………………………………………11 2.2 焊后观察焊缝外观…………………………………………………………………...12 2.3 焊接接头的拉伸试验………………………………………………………………..12 2.4 焊接接头金相试验…………………………………………………………………...14 3 裂纹萌生及扩展分析……………………………………………………………………..15 4.总结和致谢…………………………………………………………………………………17 5.参考文献……………………………………………………………………………………….. 17 摘 要 在材料的疲劳研究中，裂纹是描述疲劳损伤过程的一个重要物理量，人们对金属疲劳裂纹的形成及扩展规律做了大量的研究，已经形成了一些理论，但对焊接结构疲劳裂纹的形成与扩展的研究还不多。随着航天工业的发展，对材料的冶金质量和零件精度要求逐渐提高，这类零件的短裂纹扩展是整个疲劳失效的重要部分，因此对裂纹萌生与扩展的研究具有重要的意义。 关键词：焊接件、裂纹、形成及扩展、断口分析 1.绪论 1.1低合金高强度钢的发展趋势 过去的10年,中国的钢铁工业发生了巨大的变化,粗钢产量持续增长,由2001年的约1.51亿t增长到2010年的6.27亿t,如图1所示。特别是“十一五”期间,在强烈的市场需求拉动下,粗钢产量五年上了3个台阶,2006年跨越4亿t,2008年达到5亿t,2010年又超过了6亿t的台阶。由图2可见,中国的钢铁品种结构中,普通碳素钢一直占据统治地位。在中国粗钢产量达1亿t时,普通碳素钢占钢产量比例约为75%,现在已降到60%以下。合金钢产量所占比例没有明显变化约占钢产量的5%~6%。过去的10年中国低合金钢的比例显著增加,约占钢产量的30%左右。近年来中国微合金钢的生产得到了快速发展。图3[2] 示出了过去10年中国铌、钒、钛微合金钢产量的变化情况。可以看出,中国铌、钒、钛微合金钢的产量在过去的10年有了大幅度地增长,2001年中国微合金钢的产量约500万t到2010年仅铌微合金钢的产量已经超过4100万t,铌、钒、钛微合金钢的总量约7000万t。HSLA钢的快速发展也有力推动了铌、钒合金在中国钢铁中的应用(见图4)。 1.2合金元素在低合金高强度钢（16Mn）中的作用及该的工程应用 16Mn的主要成分含量见表1。 成分元素 C Mn Ni Si P S Cr Cu 含量(ω%) 0.13~0.19 1.20~1.60 ≤0.30 0.20~0.60 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.30 ≤0.25 表1 碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的