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厚大断面球铁铸件以其优异的力学性能,低廉的价格上的优势在核乏燃料容器制造,风能发电等领域正被广泛利用。因其特殊的用途,厚大断面球铁的低温力学性能显得尤为重要。本为以厚大断面扇形块为原料,对其拉伸性能、低温冲击韧性、三点弯曲断裂韧性进行测试研究,得出厚大断面球铁低温力学性能的一些规律。厚大断面球铁的基体几乎全部为铁素体,在扇形块中心位置有少量珠光体分布。扇形块边缘的石墨球的平均直径、形状因子峰值分别为34.6μm、0.9左右;中心位置的石墨球平均直径、形状因子则分别为42.1μm、0.8左右。常温下的裂纹在基体中扩展形成的断口表面起伏很大,石墨球之间的基体构成裂纹扩展的通道。扇形块边缘位置的冲击韧性从常温时的17.7J/cm2下降到-50℃低温时的5.3 J/cm2。扇形块边缘位置常温时的冲击断口的断裂方式为韧性断裂,石墨球周围可见韧性断裂的撕裂棱,随温度的降低逐渐由韧性断裂方式转别为韧性+解理的断裂方式,至-50℃时为完全的解理断裂。扇形块中心位置则受到石墨球体积大和基体中少量珠光体的影响,从常温到低温时冲击断口的形貌变化不明显,均呈现解理断裂的特征。常温下的裂纹断裂的微观机制由微空洞形核、空洞长大、空洞聚合三个阶段组成;低温下的裂纹断裂方式则由微裂纹形核、微裂纹连通成主裂纹、主裂纹迅速扩展三个阶段构成。低温冲击断口中在与断口垂直的平面上存在着二次裂纹,这些二次裂纹是原始微裂纹的最初形貌,二次裂纹在基体中是绕过石墨球扩展的。扇形块不同位置的三点弯曲断口显示,边缘位置的三点弯曲断口在低温(-40℃、-60℃、-80℃)时石墨球的周围基体仍然有韧性断裂的撕裂棱;中心位置在-60℃和-80℃三点弯曲断口则是完全的解理断裂,与-40℃时中心位置的断口形貌显著不同。边缘位置处的断裂韧性随三点弯曲温度的降低而升高,与扇形块边缘位置的抗拉强度的变化趋势一致;扇形块中心位置受到石墨球体积偏大等因素的影响,其断裂韧性则随三点弯曲温度的降低而升高。