Abstract Fracture tests and finite element analysis were conducted to evaluate the temperature dependence of the effective surface energy γ mm corresponding to microcrack propagation across the grain boundary of steels. Steels containing coarse cementite particles were prepared to enable γ mm evaluation. The critical fracture stress of microcrack propagation across the grain boundary is considered larger than the critical fracture stress of microcrack propagation across the interface between a cementite particle and a ferrite grain in these steels because of the large cementite particles; therefore, local fracture stress estimated by finite element analysis and fracture initiation site obtained by fractography reflect the critical fracture stress of microcrack propagation across the grain boundary. Thus, the accuracy of γ mm calculated from local fracture stress is observed to be enhanced by employing the steels prepared for the present study. In addition, the effect of nickel on γ mm was studied using steels containing different concentrations of nickel. Values of γ mm were evaluated considering both the direction of a neighboring facet relative to the crack initiation facet and the mixed mode stress intensity factors. The authors proposed a new temperature dependence of γ mm . Additionally, the negligible effect of nickel addition on γ mm was observed. The results of the present study can be used effectively to develop a probabilistic cleavage fracture model based on microstructural information.

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钢中跨晶界解理微裂纹扩展的有效表面能的实验评估

摘要 进行了断裂试验和有限元分析，以评估与微裂纹跨越钢的晶界传播相对应的有效表面能 γ mm 的温度依赖性。制备含有粗渗碳体颗粒的钢以进行 γ mm 评估。由于渗碳体颗粒较大，在这些钢中，微裂纹跨晶界传播的临界断裂应力被认为大于渗碳体颗粒和铁素体晶粒之间界面的微裂纹传播的临界断裂应力；因此，通过有限元分析估计的局部断裂应力和通过断口法获得的断裂起始位置反映了微裂纹跨晶界传播的临界断裂应力。因此，通过使用为本研究准备的钢，观察到从局部断裂应力计算的 γ mm 的精度得到提高。此外，还使用含不同镍浓度的钢研究了镍对 γ mm 的影响。考虑到相邻小平面相对于裂纹萌生小平面的方向和混合模式应力强度因子，对 γ mm 的值进行了评估。作者提出了一种新的 γ mm 温度依赖性。此外，观察到镍添加对 γ mm 的影响可以忽略不计。本研究的结果可以有效地用于开发基于微观结构信息的概率解理断裂模型。使用含不同镍浓度的钢研究了镍对 γ mm 的影响。考虑到相邻小平面相对于裂纹萌生小平面的方向和混合模式应力强度因子，对 γ mm 的值进行了评估。作者提出了一种新的 γ mm 温度依赖性。此外，观察到镍添加对 γ mm 的影响可以忽略不计。本研究的结果可以有效地用于开发基于微观结构信息的概率解理断裂模型。使用含不同镍浓度的钢研究了镍对 γ mm 的影响。考虑到相邻小平面相对于裂纹萌生小平面的方向和混合模式应力强度因子，对 γ mm 的值进行了评估。作者提出了一种新的 γ mm 温度依赖性。此外，观察到镍添加对 γ mm 的影响可以忽略不计。本研究的结果可以有效地用于开发基于微观结构信息的概率解理断裂模型。观察到镍添加对 γ mm 的影响可以忽略不计。本研究的结果可以有效地用于开发基于微观结构信息的概率解理断裂模型。观察到镍添加对 γ mm 的影响可以忽略不计。本研究的结果可以有效地用于开发基于微观结构信息的概率解理断裂模型。