韧性设计

韧性设计（共9篇）

韧性设计 篇1

摘要：探索管道韧性的设计理论及其补足;以应变的油气管道防断裂为理论基础, 设计可行的方法, 把管道的裂纹扩展与应变的数学模型一并建立起来, 最后把与管道裂纹失稳扩展相关的临界应变计算模型建立起来。

关键词：油气管道,韧性设计,裂纹扩展

一、引言

足够的韧性可以减缓甚至能够阻止管道断裂事的发生, 因此在管道系统可靠性及安全性上, 韧性设计必然成为了它的其重要指标。着手于最基本的角度, 管道的韧性设计最先强调的就是安全性和经济性。对管道缺陷或者裂纹满足管道运行与否的评估是当前国际上通行的外油气输送管道的设计方法, 包括止裂韧性准则, 应力强度准则以及断口形貌准则等等, 这些准则均基于裂纹断裂失效判断准则。基于上述分析可以发现现行复杂的管道韧性设计方法既不利于计算参数的获取, 也不利于管道成本的节约, 需要有韧性设计新方法的建立。

二、基于应变的管道防断裂设计方法研究与应用

高压、大口径是油气管道的发展趋势, 而“先漏后破”准则和“先破后漏”准则则成为管道防断裂设计的两大准则。根据这两个准则的分析表明:当输送管道承受的压力越来越高, 使用的口径越来越大时, 对材料屈服度的要求也越来越高;高强度的材料需要高标准的韧性。根据“LBB准则”设计需要承受较高压力的大口径管道就会要求更高韧性的材料, 这样也更加安全。下面阐述“LBB准则”在管道防断裂上的应用。

2.1、计算模型建立

(1) 缺陷尺寸当量化

在断裂力学当中, 一般需分析裂纹或者缺陷的扩展过程, 裂纹假设通常将裂纹视为穿透裂纹 (源于无限大平板中心) , 然而事实上, 穿透裂纹在管道上无法出现, 由于穿透裂纹就已经意味着管道发生了泄漏, 因此当量化管道上其他类型的裂纹为穿透裂纹就非常必要。这样通过现有知识便于使计算步骤简化, 在降低工作量的同时也不使计算的合理性受到影响。如果管道中一条深埋裂纹其深度为a, 长度为l, 那么其裂纹长度就可非常简便地用椭圆形裂纹转化为当量穿透裂纹长度。

其中

式中, c-裂纹半长, mm。

若为表面裂纹, 按照压力容器规范, 使用F替代上式中的M

式中, l-裂纹长度, mm;t-试件厚度, mm;-无量纲裂纹张开位移

油气管道属于焊接结构, 此处求取无量纲裂纹位移, 可以由下式求得

式中, ε为初始状态下缺陷处无缺陷时的应变值。

(2) 缺陷处在无缺陷时的应变值确定

虽然受应力影响导致管道缺陷的应变方向不在同一个方向上, 但是应变方向大体上可以分为轴向和径向, 那么管道当量应变值就应该是无缺陷时管道缺陷的应变值, 此时的应变主要包括有:

(1) 对于油气输送管道而言, 其应力情况较为复杂, 为了便于计算, 需要进行一定的简化, 那么对于缺陷处的一次应力而言, 主要应该考虑由管道内压而生成的环向应力σh以及温差应力这两种应力σt, 管道倘若还受弯曲应力, 那么此时还应该考虑弯曲应变造成的影响, 所以一次应变应为。

式中, αb-由缺陷类型确定的系数。

σq指管道的二次应力, ε2为它所生成的残余应变, 经厂家所提供的残余应力数据来计算它的数值。产生残余应变的位置包括焊缝、递进边热区以及自由边热区等等, 它的方向垂直于焊缝的方向。

(3) ε3为因峰值应力而导致的应变, 源于几何形状变化而产生的集中应力。由于管道直径发生变化或者方向发生变化, 使得管道应力会发生集中, 这样的情况需要根据实际进行判断, 这里仅考虑集与管道轴向相垂直的应变。

(3) 裂纹张开位移求取

裂纹张开位移可以根据下式求取

式 (7) 为日本标准上的公式, 此式的优点在于比我国标准更加经济。

(4) 求出材料的临界裂纹张开位移δc

一般地, 临界裂纹δc的张开位移属于基本型的参数, 可通过查表及试验得到。

(5) 评定

当δ<δc合格;

当δ≥δc缺陷不能接受。

如果管道上存在穿透缺陷, 则在内压引起的环向应力作用下, 穿透裂纹尖端的位移δ为

式中, εs-裂纹屈服应变。

因此, 当材料的最小裂纹张开位移满足

时, 就可先泄漏后破坏。

2.2、管道缺陷处无缺陷临界应变值确定

管道设计时既要保证材料有足够大的裂纹尺寸, 也要保证足够的安全, 因此基于LBB准则就需要选择足够大的材料屈服强度, 因为其正比于管道承载能力。如果为基于LBB准则而设计的材料最佳性能指标组合, 那么选择材料的就应该是最大。如果为给定材料管道的屈服极限, 那么根据式 (7) 即可计算出管道缺陷处无缺陷应变的临界值, 此时韧性临界值为管道缺陷的张开位移。

由此可得, 缺陷处无缺陷时临界应变为

由管道宏观应变代替应变值, 管道裂纹处无裂纹时的极限应变值理论上可通过式 (11) 计算。跨越管道和埋地管道的临界轴向应力值均不相同, 那么此处临界应变值的甲酸模型应为

(1) 跨越管道临界应变计算模型

通常地, 与轴向应变相比, 由跨越管段的挠屈而产生的应变要相差来两个数量级, 为便于计算, 需简化跨越段的组合应变, 此时可以单单计算轴向应变以及环向应变所组合的应变数值。

国家规范SYJ15规定, 跨越管道考虑主要载荷的强度条件是

一般取其计算模型中的极限强度, 因此跨越管道轴向应变极限值为

(2) 埋地管段临界应变计算模型

要使埋地管段不发生轴向失稳, 管道轴向临界应变值为

2.3、几点建议

管道无缺陷应变的计算源于防断裂设计的简化处理, 但该应变不属于裂纹尖端应变;所以为使计算结果更接近于实际工况, 还应该考虑下述各种因素:

(1) 在管段存在弯曲应力的部分, 可能影响到裂纹的扩展, 此时应该额外考虑弯曲应力及应变的因素。譬如, 在进行跨越管段的有关计算时, 就要充分考虑弯曲应变及应力的影响因素, 因它可能是由于横向载荷所导致的。

(2) 焊接残余应变在计算属于焊接结构的油气管道时就需要考虑, 因为该应变可能是由焊接残余应力所产生。

(3) 应力增量或应变在应力集中的管段应该得到考虑, 因为诸如地下管道弯头, 泵出口接头等管段会产生因结构几何形状变化而导致的应力集中。

三、应用实例

使用管道工程参数来计算实际例子, 再结合有限元的模拟分析, 验证了模型的适用性及准确性。

3.1、实例参数

(1) 管道材料参数

某跨越管道为的焊管, 设计压力, 线膨胀系数为, 泊松比, 屈服极限。管道建成后强度试压介质为水, 试压压力。操作温度与安装温度之差, 埋地端管顶埋深1.5m。

(2) 裂纹参数

经无损探伤发现, 跨越管道某处有一纵向表面半椭圆裂纹, , 。在运行温度 (20℃) 下材料临界裂纹张开

位移。 (3) 土壤参数

土壤为亚粘土, 土壤容重, 变形模量, 泊松比, 内聚力, 内摩擦角。, 轴向反力系数。计算管道跨距为多少时既能满足运行要求又可最大限度利用材料?

3.2、韧性设计

由上节计算得到跨越管段长度23m, 此处以23m为计算长度。

(1) 裂纹尺寸当量化

其中,

对于跨越管道, 缺陷处无缺陷应变要受到弯曲应力的影响, 弯曲应力为

此时

则无量纲裂纹张开位移为

(2) 缺陷处无缺陷时的应变

(3) 求取张开位移

因为

跨越管段缺陷处容许的临界无缺陷组合应变值为

所以, 管道上所讨论的缺陷是容许的, 跨越管道能满足韧性要求。

结论

文中的管道应变设计具有很大的优势, 它能够充分利用管道材料的承载力以及应变性, 大大降低了设计上的计算量及成本, 提高了生产效率, 具有非常重要的理论意义和实际应用价值。

参考文献

[1]冯耀荣, 李鹤林, 马宝锢, 等.油气管道失效抗力指标与技术要求的探讨.石油学报, 2011, 20 (5) :62-65.

[2]冯耀荣, 霍春勇, 李鹤林.天然气输送管线钢管性能要求与质量控制及管材选用探讨.石油管工程应用基础研究论文集.北京:石油工业出版社, 2011.

韧性设计 篇2

科学概念：

1．物理性质可以用来描述材料，如硬度、柔韧性、吸水性和在水中的沉浮能力。

2．柔韧性是指物体在受力度形后，不易折断的性质。

过程与方法：

1．用简单测量的方法检验材料的物理性质，通过比较发现材料的不同物理特性。

2．选择适当的词语定性描述材料。

情感、态度、价值观：

1．发展对物质世界的探究兴趣。

2．认同物理性质是可以被观察和测量的观点。

3．增强材料循环使用，节约资源的环境保护意识。

【教学重点】用简单测量方法比较材料的柔韧性。

【教学难点】选择适当的词语定性描述塑料的特征。

【教学准备】

学生（每小组）：

1．一套宽度、厚度一样的塑料、不锈钢、木头尺（每种材料的一端打一个孔）

2．一套宽度、厚度不一样的塑料、不锈钢、木头做成的物品。

3．测量弯曲度的“T字”尺一把。

4．50克钩码一个，回形针一个。

老师：同样宽度、厚度的粗塑料条、木条各一根，两桶水。

【教学过程】

一、柔韧性的认识

1.出示两根长度、厚度和宽度一样的塑料条和木条。

师：请两位同学上来各取一根，分别去取同样重的两桶水，观察塑料条和木条的变化情况。

2.两名学生上来演示，其它同学观察，然后汇报观察到的情况（木条断，塑料条没有断；塑料变了，没有断，木条先是弯了，最后断了）

3.老师指出：我们把像刚才这样塑料条受力变形后，不易折断的特点叫做柔韧性。

4.关注：学生已有的对柔韧性的认识的影响。

5.设计意图：初步认识物体的柔韧性。

二、比较3种不同材料的柔韧性

1．提供三种物体，找一找它们分别是用什么材料做的？（木头、塑料、不锈钢）

2．用自己的方法来比较它们的柔韧性，并把比较的结果排一排序（提示学生材料不要弄断）

3．学生汇报比较结果，当各组意见分歧时，引导学生发现：比较的材料由于宽度、厚度、用力大小不同，这样比较它们的柔韧性是不公平的。

4．教师出示宽度、厚度相同的木条、塑料条、不锈钢条，问：可以怎样研究它们的柔韧性？

5．学生小组讨论、汇报，教师引导，最后边小结边演示操作步骤：

⑴把木条、金属条、塑料条放在桌面上，一端用手压住，另一端伸出桌面1厘米，用回形针挂上钩码，观察它们的前端弯下去了多少。测量材料前端弯下的距离时，眼睛要平视。

⑵分别测量木条、金属条、塑料条伸出桌面5厘米、10厘米和15厘米后前端弯下的距离，把结果记录在表格中。

6．学生分组实验后汇报实验情况。

7.关注：学生测量柔韧性的方法。

8.设计意图：认识一些物体的柔韧性。

三、认识塑料

1．我们的生活学习中有哪些塑料制品？ 2．出示各种塑料制成的物品图片，观察后思考：这些塑料制品分别是利用了塑料的什么特性，并把观察和思考的结果记录在气泡图上。

3.关注：学生生活经验中对塑料的认识。

4.设计意图：认识塑料的特性。

四、讨论了解塑料的循环使用

1．阅读教科书，说说你了解了些什么？

2．出示“可回收标志”，认识可回收标志。

3．讨论：我们以后在使用塑料制品的时候应该注意什么？

4.关注：学生已有的环保意识。

韧性设计 篇3

视网膜色素变性(retinitis pigmentosa,RP)和老年黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)是全球常见的致盲眼病,迄今为止,没有任何有效的治愈方法。视觉假体的提出就是为了帮助这种患者重见光明[1]。由视网膜、皮层、视神经通路构成的视觉假体是将光信号转换为电刺激信号,刺激并激活视觉系统,进而引起视神经冲动,使由于RP和AMD导致的视力受损或严重受损的患者能够获得部分视力[2,3]。

视觉通路(visual pathway)的构成包括视网膜、视神经和视皮层,视网膜是光敏感区,包含光敏单元视杆细胞和视锥细胞。视神经将光刺激到视杆细胞和视锥细胞产生的电信号传导到大脑进行视觉处理。在视网膜病变情况下,如老年性黄斑变性(AMD)和视网膜色素变性(RP),患者的外层光感受器受损,视锥细胞和视杆细胞发生不同程度的退化,造成视力减退或失明,但患者的神经元却没有受到损坏,仍然可以将视网膜的电信号传输给大脑。将视觉假体关键部件———视网膜微电极阵列(retinal microelectrode array)植入视网膜,对视网膜尚未损毁的部分进行电刺激,刺激尚存的视杆细胞和视锥细胞,使电信号传输到视皮层,在大脑中形成视觉图像[4,5]。

本研究旨在设计、制作可植入的视网膜表层微电极阵列,并对电极阵列的特性进行测试评价,以为进一步的微电极阵列优化设计和动物电生理实验提供依据。

1 微电极阵列设计

1.1 微电极阵列材料选择

在微电极阵列材料的选择方面,首先需要考虑材料的生物相容性,因为微电极芯片植入后,要与生物体内的组织和体液发生接触摩擦,因而必须考虑材料的生物相容性;其次,要考虑材料的稳定性,以保证电极阵列长期植入体内不被电解质等物质腐蚀。基于上述考虑,我们选用目前神经微电极通常采用的衬底材料聚对二甲苯(parylene)作为微电极阵列衬底。因parylene具有很好的生物相容性,它可以在室温下通过沉积,达到厚度均匀的涂层,这种涂层致密无针孔、透明,韧性好,有优异的电绝缘性和隔离防护性能,同时具有很好的机械性能;另一方面,parylene作为衬底材料,具有柔韧性,可以很好地适应视网膜的天然弧度,使微电极阵列能够与视网膜很好地接触,达到更有效的刺激;此外,parylene被用于神经刺激电极、植入式传感器、血液分析传感器等领域,其良好的性能已被广泛认可[6]。电极材料选择不仅要考虑良好的生物相容性,在植入视网膜后不会出现组织排斥现象,还要求其具有优良的导电性和抗腐蚀能力,同时要考虑电极点和衬底材料有很强的结合力[7],为此,选择金属铂(Pt)作为电极盘和电极引线的材料。

1.2 微电极设计及制作

1.2.1 微电极阵列设计

微电极的设计是否合理对其应用价值意义非凡。按照视网膜结构和刺激要求设计的微电极阵列不仅可以保证有效地刺激视神经细胞,而且要具备良好的生物相容性和稳定性。在确定以parylene作为电极阵列衬底材料,以Pt作为电极材料后,设计了单层排布的微电极阵列。电极设计的提出考虑了视网膜中心接受电刺激区域的大小,将电极设计在5 mm×3 mm的刺激范围,使电极阵列能够代替被损坏的视锥细胞来接收光信号转换的电刺激信号。根据视网膜假体刺激电极阵列的植入特点,考虑到在植入手术过程中创口尽量小,尽量减少电刺激热效应对视网膜周围组织的损伤,同时,电极阵列的参数不仅决定了电刺激参数,而且直接影响视觉分辨率[8,9,10]。电极阵列的设计还考虑到水平方向的电极数要多于垂直方向,使得电极阵列能够在水平方向提供更宽的视野。电极阵列采用单层设计,可以降低电极阵列的加工难度,并且使电极与视网膜的接触更为紧密。同时,考虑到能够使电刺激可以产生均匀的电场分布,电极采用圆盘型设计[11]。

该微电极阵列分为3个部分:(1)植入视网膜的电极阵列部分,参数参照了视锥细胞的参数,使得电极刺激能够引起视锥细胞的反应,最终产生的视皮层映像可达到一定的分辨率,刺激电极直径设计为150μm;(2)电极阵列引出部分的引线之间间距考虑了刺激电流强度,可以避免在引线之间产生电路串扰,电极引线宽度设计为15μm,引线间距10μm;(3)植入视网膜的电极阵列以矩形方式排列,水平方向长度为5 mm,垂直方向宽度为3 mm。

1.2.2 电极阵列制作流程

(1)清洗衬底硅片。把硅片放入98%的浓硫酸和30%的双氧水(5∶1)的溶液中,煮沸30 min。然后用大量去离子水冲洗硅片,把硅片上残余的溶液去除干净。

(2)在硅片上用电子束蒸发300 nm厚的金属Al作为牺牲层(如图1(a)所示)。

(3)形成底层parylene膜,并使其利于光刻(如图1(b)所示)。

(4)用O2等离子体(100 W,300 m L/min,1 min)清洗基片表面,以增加衬底与金属的黏附性。蒸发或溅射Ti/Au:70/300 nm,用1μm厚的光刻胶AZ-9912制作掩膜,先在金的腐蚀液中腐蚀掉未被光刻胶保护的金,再在钛的腐蚀液中腐蚀掉钛。最后去胶,形成电极点、连接线以及外部引线的焊点(如图1(c)所示)。

(5)按照(3)中的方法,在金属层上再次通过2次甩胶、前烘、光刻的方法形成上层paylene膜,最后固化,得到厚约10μm的parylene薄膜,被用作微电极的上层绝缘材料(如图1(d)所示)。

(6)采用电解的方法电解掉Al牺牲层,使电极从硅基片上释放下来(如图1(e)所示)。

1.3 微电极阵列电学特性测试

采用图2所示的三电极电化学工作站[12]模拟生理环境,对制作完成的电极阵列进行电化学特性的测试,图中Ag/Ag Cl电极作为参照电极,金属铂(Pt)电极作为辅助电极,EA为待测试的电极阵列,在室温下,测试槽中放入0.9%的生理盐水作为仿生眼球液进行测试。测试电压峰的峰值为10 m V,测试频率范围为1~105Hz。

2 测试结果

2.1 电极外观测试

在电极制作中,由于多电极一线拐点为直角,在拐角部分产生集中应力,易在电极制作最后一道涂层时产生断裂。根据这种情况,将电极拐点角度进行了处理,使得电极制作顺利完成,电极阵列成品如图3所示。图中右侧为植入部分60点微电极阵列,左边部分为外界刺激点阵。显微镜下观察可以看到微电极光滑饱满,边缘清晰;电极引线无断裂毛糙,引线间走线平行,没有短路,引线与微电极衔接完整,边缘无损,引线与外接刺激点同样衔接完好,边缘清晰。同时,电极阵列有很好的柔韧度(如图4所示),符合设计要求。

2.2 电学特性测试

图5(a)为60点电极对数阻抗随频率变化的分布图,图5(b)为60点电极阻抗相位随频率变化的测试分布图。由图5(a)可以看出,随着频率的升高,电极点的阻抗逐渐降低,表明微电极呈现很好的高通特性;图5(b)显示,在频率范围1~10 k Hz内(图中103~104 Hz),阻抗相位呈较平稳的趋势,电极可以稳定工作。在频率增加到10 k Hz以上时,阻抗相位绝对值呈逐渐变小趋势。电极阻抗和相位的测试结果显示,在高频时呈电阻特性,在低频时呈电容特性,这与电极-组织等效电路模型[13,14]所测得的结果相吻合。

3 结论

该研究以具有柔韧性的parylene材料作为衬底,设计、作了单层排布的电极阵列,并对电极阵列的电学特性进行了试。电极设计的提出考虑了视网膜中心刺激区域的大小,将极阵列设计在5 mm×3 mm的大小,使电极能够代替被损坏视锥细胞来接收光信号转换成的电刺激信号。电极阵列的设还考虑到水平方向的电极数要多于垂直方向,使得电极阵列能够在水平方向提供更宽的视野和更高的分辨率,这种设计是本研究首次提出的。电极的衬底材料采用parylene,具有柔韧性,便于加工,成本也较低;电极采用单层设计,在微电极阵列的加工方面大大降低了难度,并且使电极与视网膜的贴合度很好;微电极直径为150μm,电极参数与国外学者研究结果显示的可以在视皮层产生刺激响应所采用的电极参数范围相吻合;选择金属铂为电极盘的材料,使得电极具有生物相容性和抗腐蚀性,适于微电极阵列长期植入的要求;并且电极的圆盘形设计可以使刺激电流的分布更均匀。本研究结果可以为微电极阵列的设计制作提供有力依据,也为进一步即将开展的微电极阵列植入动物体的电生理实验提供了可靠条件。

摘要：目的:针对视觉假体关键部件视网膜微电极阵列的结构特点和植入要求,设计并制作表层视网膜微电极阵列,并对微电极阵列特性进行测试。方法:以parylene作为柔性衬底材料,Pt为电极阵列材料,设计并制作单层电极及引线分布的视网膜植入微电极阵列,并用三电极测试系统对制作完成的微电极阵列进行电特性测试。结果:对微电极阵列的形态和电化学特性测试结果表明,制作的微电极阵列在外观形态和电学特性上符合设计和视网膜植入的要求。结论:该微电极阵列可以为进一步的动物体电生理实验提供性能可靠的视网膜微电极阵列。

分清“韧性”与“任性” 篇4

对待任性的孩子，既要用一些具体的方法纠正他的坏毛病，又要从根本上营造一种宽松和谐的家庭气氛和亲密平等的亲子关系，可说是“无招胜有招”。经调查发现，父母既有权威又能尊重孩子的民主型教育，能培养情绪稳定、善于控制自己和约束自己的孩子。这样的孩子较少任性。

父母尊重孩子的人格和自主精神，多给孩子些“自由度”，孩子有事愿意和父母交流，父母也主动和孩子多谈心，平等、真诚地对待孩子。父母能得到孩子信任，就能增强教育效果，防止孩子任性。如果父母不尊重孩子的人格，整天唠叨得孩子烦不胜烦，孩子就容易任性。

特别要提醒父母的是：孩子任性不好，要纠正。但父母不能把孩子有主见、想法和自己的不一样就看作任性。确定孩子任性的标准决不该是“听不听我的`话”。

生命的韧性 篇5

可是, 另一番景象却让我们看到了生命的顽强。

被折断的花草来年春天还可以继续生长, 甚至开出更绚丽的花朵;战死疆场的英雄, 虽死犹生, 他们的精神被继承发扬, 生命得到了延续。

“你可以毁灭他, 但不能消灭他的精神和意志。”海明威的话诠释了这一切。

世间的一切生命都无法摆脱挫折和痛苦的遭遇, 然而若能正确对待挫折与痛苦, 信念不倒, 往往就可获得“新生”。

海伦·凯勒一出生就带有许多残疾, 曾濒临死亡的她, 一直不屈服于命运, 顽强地活了下来, 并学会了几国语言, 成为了世界著名的女作家;全身瘫痪而且双目失明的保尔, 写出了钢铁是怎样炼成的高位瘫痪的张海迪学完了从小学到高中的全部课程, 翻译了许多外文著作。这就是乐观面对命运, 并不断地进取, 让自己坚强, 做到了“身残志不残”。然而, 现在却有人经不起一点挫折, 一个责备, 一次失败, 一次失意……这些都会令他们胆怯, 悲哀, 绝望, 甚至轻生。

电视报道:一个小学生因为放学后被老师留下完成剩下的作业而上吊自杀;中学生因为考试作弊被老师发现而服毒自尽;大学生因为一次考试不及格, 觉得对不起父母而自寻短见, 就这样轻率地结束了自己年轻的生命。如果我们如此地脆弱, 怎么能担当起建设祖国的大任?

海伦、保尔、张海迪, 他们的一生都在努力着、奋斗着, 生命在他们身上是那么的精彩。如果我们经不起困难的考验, 只会向命运低头, 那么我们的生命便会失去意义。

国外“教师韧性”研究述评 篇6

一、国外“教师韧性”研究历程

国际上有关教师韧性研究始于20世纪90年代中后期,依据该主题在过去十几年的研究成果分布及变化情况,本文将教师韧性研究历程分为以下两个阶段。

(一)教师韧性研究萌芽时期(20 世纪 90 年代中后期———21 世纪初):教师韧性开始受到关注

对于教师韧性的关注源自对于教师压力管理及职业倦怠问题的研究。在过去的二三十年间,教师压力与教师职业倦怠问题成为中小学教师研究中的一个热点。大量研究认为职业倦怠是工作压力的一种表现或结果,并在很大程度上将教师压力与职业倦怠问题视为教师个体的不足(deficit),将责任归咎于教师个体自身。[2]20世纪90年代中后期,一些学者开始反思对于教师压力管理及教师职业倦怠的研究。霍华德(Howard)等人认为,对于教师压力管理与职业倦怠的研究只关注教师问题所在 (what isgoing wrong?),却忽视了教师在面对压力与职业倦怠时是如何更好地发展的(what is going right?),教师韧性为此问题的研究提供了新的视角。[3]1999年,博迪(Bondy)等人对一位在黑人学校从事教学的白人教师进行了研究,论述了在社会重建课堂中教师韧性的重要性及意义,文章首次使用了“teacherresilience”一词。这一阶段研究的特点是,对于教师压力与教师职业倦怠的研究逐渐转向教师韧性研究,教师韧性开始受到关注,但研究十分有限。

(二)教师韧性研究初步发展时期(2006 年———至今):教师韧性多维研究的开展

自“教师韧性”进入学术视野后,教师韧性研究在美、英、澳等西方国家得到了不同程度的发展,并涌现出一批重要的研究者,如戴和顾青(Day &Gu)、百特曼(Beltman)、曼斯菲尔德(Mansfield)等。2006年,布鲁内蒂(Brunetti)在《教学与教师教育》上发表文章,讨论教师韧性是如何帮助教师克服困难与挑战,并保持持续的工作动力的。从此开始,学界对于教师韧性的研究才开始慢慢增多。这一时期研究的显著特点是:教师韧性多维研究的开展。在研究内容上,主要是围绕教师韧性概念、结构维度与特征,以及培养等三大方面;在研究方法上,主要采用了实证主义的研究方法,包括定量研究、质性研究及混合研究;在研究视角上主要是心理学和社会学视角。

二、关于“教师韧性”概念的研究

“教师韧性”1(teacher resilience)的研究是在“韧性”(resilience)2研究的基础上发展而来。“韧性”研究始于20世纪70年代,当时是在心理学领域研究处境不利儿童的发展。该词最初用来解释个体虽遭受困境但去适应和发展的能力(Garmezy, 1974)。与儿童“韧性”研究相比,教师韧性的研究尚属初步阶段。学界对于教师韧性概念尚未统一界定,多数研究是在心理学和社会学的视角下将教师韧性侧重理解为一种特质、能力、结果、过程或关系等等。

(一)心理学视角下的教师韧性概念

1.教师韧性特质说

该观点代表了教师韧性研究早期的一种认识,即把教师韧性看作是“一种在富有挑战性的情况下以及不断挫折中,能使教师保持对于教学和教学实践追求的品质。”[4]代表人物是布鲁内蒂。

2.教师韧性能力说

以奥斯瓦德(Oswald)为代表,将教师韧性理解为“个体成功克服自身不足和环境压力源的能力,它使教师在面临可能的危险时能够‘弹回’,并拥有幸福感”。[5]

(二)社会学视角下的教师韧性概念

1.教师韧性过程说

这种观点认为,教师韧性是与情绪调节以及社会环境中的有效互动过程有关,这是一个在压力激发下形成的与环境中的事件相互作用的模式,[6]是个体适应的过程,而非个体一系列固有的品质。该观点以泰特(Tait)和卡斯特罗(Castro)等人为代表。

2.教师韧性结果说

代表人物百特曼和曼斯菲尔德(2011)认为,教师韧性是个体和环境保护因子和风险因子交互作用的结果。[7]另一些研究者认为,教师韧性与个人以及工作情境相关,是人际关系、领导支持、以及其自身认知和情感能力共同作用的结果。[8]

3.教师韧性关系说

教师每日的专业生活充满了不确定和不可预设的环境和情况,戴和顾青(2014)认为,教师韧性不仅是一种能“弹回”(bounce back)或从经历或事件的创伤中复原的能力,而且是能够保持平衡的能力,并在其所教学的每日世界中保持责任感和能动性。教师韧性不是天生、固定的个体品质,而是受到教师所工作和生活的社会、文化及思想情境的形塑与培养。因此,教师韧性与特定情境相关、与教师角色相关,是一种“日常韧性”(everyday resilience)。[9]

虽然各学者对于教师韧性的概念界定不一,但从已有的研究看,理解教师韧性有四个核心要点,一是教师韧性是教师专业工作与生活中常态化的、在关系与互动中保持平衡的能力。二是其本质取决于个人特质与其外部环境之间的互动。三是教师韧性是一个多维度、相对的、动态的结构,并且是个体心理与社会建构的统一。最后,教师个体其韧性的表现和表征方式有所不同。

三、关于“教师韧性”内容的研究

近年来,有关教师韧性内容的研究主要集中在教师韧性的结构模型、教师韧性特征及如何培养等几个方面。

(一)教师韧性多维度结构研究

多数研究认为,教师韧性是一个多维度的结构。研究者们从不同角度入手研究教师韧性的结构和作用机制,主要有以下几类:

1.基于个人———环境二维互动结构

百特曼(2011)等人从保护因子和风险因子两大维度来研究教师韧性的动态结构。每个因素又包括个人和环境两个方面。

在保护因 子方面 , 利他动机(altruistic motivations)和对于教学强烈的内在动机是个人保护因子中的关键因素。其他个人保护因子还包括教师个性品质如坚毅、乐观、幽默感、情商、勇于冒险、灵活性等。[10]环境保护因子主要包括以下几方面:1)支持性的学校管理层和组织结构,如具有较强领导力、开放性、组织结构完备、资源得到公平分配并提供鼓励性的反馈;2)良好的师徒关系,如指导教师积极、专业;3)学校同事的支持、信任;4)良好的师生关系。而风险因子方面,消极的自我信念和缺乏自信是最大的个人风险因子,其次是教师个体在寻求他人帮助上的困难。环境风险因子主要包括职前教育、家庭、学校或课堂、以及更广泛的专业工作环境这几大类。具体来讲,职前教育环境中的风险因子包括不合适的培养课程体系、学业负担等。家庭环境中的风险因子包括教师离开教学岗位的消极压力,工作和家庭精力难以平衡等。教学及专业工作环境中的风险因子包括:工作负担过重,非教学性任务上的时间消耗,差生表现,以及缺乏领导支持等等。[11]

2.基于个人———环境———专业的三维互动结构

毋庸置疑,教师作为专业人员,其专业特性,如教师信念、价值观等会对教师韧性产生影响。由戴(2007) 等人领衔的英国VITAE研究小组对处于不同专业发展阶段教师的教学效能进行研究。研究发现,教师韧性是影响教师保持其对于职业的忠诚和投入的关键因素。该研究把教师韧性分为:个人维度(主要与教师校外生活有关);环境维度(主要与教师校内生活有关);以及专业维度(与教师的价值观、信念以及这些方面与外在的教育政策等之间的互动作用)。[12]这些维度并不是固定不变的,教师在特定情境下会经历这些维度中的各种因素的波动变化,而这些变化会影响教师的身份认同。

3.基于情感———动机———专业———社交的四维互动结构3

诚然,教学不仅关乎知识的传授,更是与学生的一种关系性互动。通过对新教师和初任教师的调查研究,曼斯菲尔德(2012)等人从四个维度构建教师韧性 , 即专业相 关 (profession -related)、情感(emotional)、动机(motivational)、社交(social)[13]。专业相关维度包含与教学相关的多个方面,如教学组织、准备,有效教学技能的使用以及反思等等。情感维度包含教师对教学经历的情绪反应、情绪管理及压力应对等。动机维度主要涉及动机方面,如自我效能感、关注可持续发展和学习、坚持不懈、有毅力等。社交维度主要指教师在工作环境中的社会交往方面,如建立支持性社会关系、需求帮助以及获得建议等。

以上三种结构模型有助于我们对于教师韧性的多维度理解。三种结构模型的共同点及优点在于:都考虑到了各因素之间的互动性与关系性,并体现出教师个体在社会结构中的能动性。但他们各有不足:二维结构模型简单易懂,但只停留在确定各因子的层面;三维互动结构模型和四维互动模型更加丰富全面,但两个结构模型都存在一个共同的问题,即各维度内的因素可能存在相互关联,如个人维度与专业维度,专业维度与情感维度之间有一定的相关性,无法决然分开,因此各维度的内部逻辑关系相对模糊。

(二)教师韧性特征研究

从以上教师韧性多维度结构研究可以看出,教师韧性具有一些共同特征,如教师韧性与教学情境和教师角色相关,处于不断的互动和关系中。但教师韧性是动态发展、不断建构的过程,处于不同职业生涯发展阶段的教师其韧性会有不同表现和特征。通过研究发现,对于师范生而言,最显著的韧性特征是“具有越挫越勇的能力”,其他重要特征还包括“能处理教学要求”“能处理并应对压力和负面事件”“具有灵活性”“适应能力强”等。[14]新教师的高韧性特征主要表现为社交能力、具有问题解决策略、从经验中学习并对未来有明确目标、保持乐观等。而有经验的成熟教师其韧性特征则表现为:有一系列的个人价值观指导他们的决策;重视并努力实现专业发展;引领其他教师并给予指导;有担当并解决问题;会持续关注学生及学生的学习;有朋友和同事给予情感和智力上的支持;会不断尝试新的教学方法和想法等等。[15]

(三)教师韧性培养研究

随着研究的深入,研究者们发现,教师韧性并非少数精英教师(heroic few)所独有,而是在普通教师的每日教学中,在教师职业生涯的历程中所共有的。[16]因此,应该如何培养教师韧性,并使处于不同职业生涯阶段教师的韧性都得到发展?一些研究发现,就职前教师培养项目而言,可以教授师范生一些技能,如压力管理、处事能力、社交技巧、决策力、自我调控能力、移情等。[17]此外,成功的教育实习、韧性的学习氛围等都有积极作用。

而对于新教师而言,可以从人际关系、积极的学校文化、教师身份认同、教师工作、以及教育系统政策和实践这五大方面去促进新教师韧性发展。[18]人际关系指培养教师的归属感,建立基于尊重、信任、关爱和团结的人际关系;积极的学校文化指促进合作关系、专业学习共同体、具有领导力的教育方式及对话式的决策;教师身份认同是指培养教师个人身份与新的教师身份的统一感;教师工作是指理解教师工作的复杂性及不可预测性;系统政策与实践是指表达出教师的能动性,参与社区并尊重地方知识和实践。

那么,对于有经验的教师而言,每天面对教学常规、周而复始的日程安排,如何提高他们的教学热情,促进其教师韧性?布鲁内蒂(2006)的研究表明,来自领导、同伴及学校组织的支持对有经验教师韧性的发展意义重大。[19]

总的来看,对于职前教师教育项目中教师韧性培养的相关研究相对较少,尤其缺少为发展教师个性特征而进行的干预性研究,比如动机、自我效能感这些已被证明对提高教师韧性有重要作用的因素。

四、对国外“教师韧性”研究的反思与展望

教师韧性研究在其发展的短短十几年里,在概念研究、维度结构及韧性培养等方面已有一定的发展,但也反映出一些问题。本文结合这些问题提出对未来教师韧性研究的几点建议:

首先,教师韧性理论研究相对缺乏,未来研究应实现理论与实践双向建构。教师韧性理论研究不足首先表现在其概念不够清晰,至今没有一个统一界定,这无疑成为教师韧性研究的一大硬伤。其次,虽然已有对于韧性影响因素和多维结构的研究,但对于教师韧性作用机制的理论研究仍很缺乏。因此,未来教师韧性研究应实现理论与实践双向建构。

其次,教师韧性内容研究不足,未来研究应立足本土化。目前国际上研究主要集中在美国、澳大利亚和英国等西方发达国家,东西方文化存在客观差异,各国教师韧性的表征会有所不同。因此,今后教师韧性研究应考虑结合本国文化,并开发适合本土化研究的测量工具和量表。

最后,教师韧性研究视角狭窄,未来研究应实现跨学科视角。教师韧性研究目前主要还是从心理学,社会学等视角入手。教师作为“人”是自我建构与社会建构的统一体,教师不仅是学校教育系统中的专业人员,也是社会中的一员,并受到社会的形塑。因此,教师韧性研究应扩大研究视角,从生态学、文化学、人类学等多个视角去研究身处不同历史文化发展脉络之中的教师其韧性表现,并在研究方法上进行创新。

教师韧性研究的最终目的是为了探索如何使教师更好地适应来自工作与生活的挑战并得到更好的专业发展。中国教师韧性研究才刚刚起步,对于国外教师韧性研究的梳理是为了更好促进中国教师韧性研究的发展。中国文化中素有“天行健,君子以自强不息”的韧性文化,并且有尊师重教的传统,如结合中国文化传统研究,必将有助于更好理解和发展教师韧性,并最终助力教师持续的专业发展。

摘要：通过对国外有关教师韧性研究文献的梳理,可将教师韧性研究分为两个阶段,不同视角下对教师韧性的概念有不同认识。教师韧性研究包括三大核心内容:教师韧性结构维度研究、特征研究以及教师韧性培养研究。针对目前教师韧性研究中理论研究相对缺乏、内容研究不足、研究视角狭窄等问题,应采取相应的研究对策。

体会韧性受感幻想 篇7

紧扣中心, 整体把握, 感受作者爱的原因

师:通过上节课的学习, 大家知道, 作者家的庭院里, 常见的花是应有尽有 (课件演示各种花) 。

师:同院子里的这14种花比起来, 夹竹桃不是显得太普通了吗?然而作者却说它是最值得留恋、最值得回忆的花, 到底是什么原因让作者爱上它的呢?

(生齐读最后一节)

师 (板书:韧性幻想) :这句话既讲清了作者爱上夹竹桃的原因, 照应了文章的开头, 又是对全文作了总结, 因此, 我们称它是本文的一个中心句。

品读感悟, 体会韧性, 感悟夹竹桃的品质

师:请默读课文第4小节, 想想你是从哪些地方体会到夹竹桃的韧性的?在读的过程中, 可以在自己感受深的地方写上一些思考, 一些体会。

(生交流所思所想)

预设一:抓住“又开出、又长出”来谈。两个“又”字突出了夹竹桃花开连绵、从不间断的特点。

预设二:抓住“悄悄地”“一声不响”来谈。这两个词突出了夹竹桃默默无闻、不张不扬、不邀功请赏的特点。

师: (幻灯演示) “在和煦的春风里, ……无日不迎风弄姿。”谁来谈谈你的理解。

预设一:夹竹桃每天都在开放。你是从哪里体会到的? (相机板书:无日不迎风弄姿)

预设二:在和煦的春风里, ……不是显得非常可贵吗? (相机板书:默默无闻不张不扬

始终如一顽强不屈)

师:你是怎样理解“无不奉陪”的?夹竹桃奉陪了什么?

师引读第3、4节中的相关语句来形象具体地理解“无不奉陪”。 (课件演示第3小节)

(比较句子, 理解“无不”双重否定句子的含义)

师:这就是韧性啊!学到这儿, 终于明白作者为什么在前面写了其他的花, 这是一种什么方法? (对比反衬)

移情体验, 感受幻想, 领悟语言文字的意境美

师:同学们, 夹竹桃的妙处还不止于此。 (配乐范读第5节)

(1) (幻灯片) 毫不含糊浓浓烈烈袭

追问:你在读这组词时, 突出了什么? (花香) “你站在它下面, 花朵是一团模糊, 但是香气却毫不含糊, 浓浓烈烈地从花枝上袭了下来。”比较“袭”与“飘”的不同。

(2) (幻灯片) 一团模糊叶影参差花影迷离

追问:你读懂这组词了吗?它们都是描写什么的?

师:月光下, 叶影高低不一, 错落有致, 花影模模糊糊, 扑朔迷离, 它们给我们带来一种朦胧的美, 一种梦幻的美, 把这份感觉带到句子中去读一读。

金属材料的断裂韧性 篇8

随着现代社会经济的不断发展, 对金属材料的使用也大大的增加, 在工程构件设计和使用的过程中, 最为严重的就是金属材料的断裂, 金属材料一旦发生断裂就会发生生产安全事故, 同时也会造成一定的经济损失。通过对以往发生的大量的金属材料的断裂事件的分析, 得出构件的低应力脆断是由宏观裂纹扩展引起的, 其中最为主要的是金属材料的断裂纹, 裂纹一般是在金属加工和生产的过程中引起的[1]。

根据影响金属材料断裂韧性因素的不用, 可以总体上概括为两个部分的因素, 分别是金属材料外部因素和金属材料内部因素, 本文分别就影响金属材料的外部因素和内部因素综合进行分析, 以得出影响金属材料动态断裂韧性的因素。

1 影响金属材料断裂韧性的外部因素

1.1 几何因素的影响

几何因素是影响金属材料断裂韧性的一个最为重要的外部因素。几何因素主要包括两个方面的内容, 分别是试样厚度和试样取向等因素, 下面对这两个因素进行分析:

1) 试样厚度

目前在对金属材料的断裂韧性进行研究的过程中发现, 不同厚度的金属材料会对会对裂纹前端的应力约束产生较大的影响, 同样也会对金属材料的断裂韧性有一定的影响, 所以我们分别用不同厚度的同一个金属材料进行断裂韧性的实验, 在实验的过程中发现厚试样的断裂韧性值明显的比薄试样的断裂韧性值要低, 换而言之, 不同厚度的金属材料, 其自身的断裂韧性也不同, 厚度也是影响金属材料断裂韧性的一个重要的因素[2]。

2) 试样的取向

在对金属材料进行取样测试的时候, 试样的去向业余金属材料的断裂韧性之间存在着一定的联系, 如果我们取样的金属材料裂纹面与金属材料裂纹的扩展方向一致, 那么金属材料的断裂韧性就会明显的降低。如果我们取样的金属材料裂纹面与金属材料裂纹的扩展方向相反或者有一定的偏差, 那么金属材料的断裂韧性就会较别的有所提高[3]。

1.2 加载速率的影响

加载速率与金属材料的断裂韧性有一定的影响, 它们之间的联系通常可以用应变速率来进行表示, 如果对金属材料的应变速率进行增加的话, 那么金属材料相应的断裂韧性就会有所降低。但是, 如果应变速率很大, 而且形成局部温度升高的绝热状态时, 形变热量来不及散开, 材料的断裂韧性值会出现回升。

1.3 温度的影响

金属材料的断裂韧性之所以会发生变化, 是因为金属材料本身的内部损伤或者内部结构的缓慢变化而引起的, 内部金属粒子的空位浓度的变化直接导致了金属材料的损伤。国内有一些研究文献表明, 空位的迁移运动也就一定, 空位聚合形成空穴的动力一定。因此裂纹尖端空位浓度越高, 形成空穴的几率也就越大, 就比较容易导致断裂。由基本的物理学知识可以得知, 给定一个材料, 其本身受热多少的变化也会影响到金属材料的韧性, 金属材料本身的断裂韧性会随着温度的升高而降低。金属材料本身具有一个温度适应变化的范围, 一旦外界的温度逾越了这个范围, 就会对金属材料的断裂韧性产生一定的影响, 由此我们可以推断出金属材料的断裂韧性和温度有着很大的关系。

由上图可以得知, 金属材料的断裂韧性会随着温度的变化而变化, 当金属的温度达到一定的温度以后, 金属材料的断裂韧性对比系数会随着温度的继续升高而下降, 且下降的幅度很明显。

2 影响金属材料断裂韧性的内部因素

2.1 组织结构的影响

1) 马氏体

金属材料内部的马氏体也是影响金属材料断裂韧性的一个重要的内部因素。金属材料的淬火马氏体在回火后获得回火马氏体, 在马氏体不出现回火脆性的情况下, 回火温度和强度的变化会对整个金属材料的产生很大的影响, 随着回火温度的提高, 强度逐渐下降, 塑性和韧性逐渐升高。因此, 通过这些实验我们可以得出通过淬火、回火获得回火马氏体后, 金属材料的组织综合力学性能能达到一个最好的水平, 同时这也使得即材料的屈服强度和断裂韧性值都得到较大的提高[4]。

2) 贝氏体

金属材料内部的贝氏体一般有三种不同的类型, 分别是无碳贝氏体 (针状铁素体) 、上贝氏体和下贝氏体。通常金属材料通过加热后, 其内部的贝氏体会变成魏氏体, 这使得金属材料的断裂韧性有了很大的降低[4]。

3) 奥氏体

奥氏体本身的韧性比马氏体要高出很多, 所以如果在金属材料的马氏体上残留一定的奥氏体时, 也就相当于提高了金属材料的断裂韧性。

2.2 碳含量的影响

金属材料内部碳元素的含量 (碳含量) 也会对金属材料的断裂韧性产生一定的影响, 一种比较常见的现象是在高强度钢材的生产过程中降低碳元素的含量, 以提高金属材料的断裂韧性, 以便达到强化的目的[4]。

2.3 合金元素的影响

板条马氏体的形成有利于断裂韧性的提高。在钢中, 合金元素主要通过对钢组织结构的影响来影响断裂韧性, 不同种类的合金元素含量的多少是可以直接影响金属材料的断裂韧性的。在相同的作用强度下, 位错型马氏体的断裂韧性比孪晶型马氏体高得多, 这样一来, 含位错型马氏体较多的金属材料, 其本身的断裂韧性就会越高。在金属材料中, 不同的合金元素之间会产生很多的作用, 这些影响到金属材料的复杂性。

2.4 晶粒尺寸的影响

金属材料中的晶粒尺寸的大小也会影响金属材料本身的断裂韧性, 通过科学实验可以发现, 晶粒越小, 其晶粒总体所占的面积就会越大, 这样一来, 裂纹就有拥有更加复杂错综的结构, 如果想要使这种复杂的晶界失去稳定性, 就需要获使用更多的外界能量, 因此, 细化晶粒不但利于提高材料的强度, 还能提高材料的断裂韧性。

3 结论

本文对影响金属材料的断裂韧性进行了综合的分析, 分别对影响金属材料断裂韧性的内外部因素进行了综合的分析, 得出了一定的结论, 以期对日后的研究提供一些理论依据。

参考文献

[1]李鹤林, 冯耀荣.石油钻柱失效分析及预防措施.石油机械, 1990, 18 (8) :38-44.

[2]练章华, 骆发前, 龚建文, 钟水清.塔里木油田钻杆刺漏原因分析[J].钻采工艺, 2003, 26 (6) :62-64.

[3]Lv S L, Luo F Q, etc.Cause Analysis on Drilling Pipe Wash out and Preventive Measure[J].Oil Field Equipment.2006, 35 (supplement) :12-16.

地铁车轮低温冲击韧性研究 篇9

车轮在列车运行中起承载、传递动力以及制动等作用。与高强度和高耐磨性一样, 在地铁安全运行过程中冲击韧性具有重要意义。ER9车轮是一种在欧洲广泛应用的车轮, 其性能要求遵循欧洲铁路标准 (NF EN13262:2009) , 需达到强度、硬度、冲击性能的良好匹配。本次用户对出口某国家的ER9地铁车轮低温冲击韧性提出了更高要求, -20℃时, KV2平均值≥10J (欧标要求≥8J) 。所以, 生产这批车轮需对工艺进行精确控制, 以满足用户的特殊需求。

在车轮生产过程中, 有一批ER9地铁车轮低温冲击韧性不合格。为找出原因, 对冲击试样的断口、夹杂物形貌、金相组织、化学成分等做了全面分析, 以研究低温冲击韧性低的原因。

1 试验方法

地铁车轮的冲击试样取样位于车轮轮辋上。用户规定, 冲击韧性检验用轮辋的试样进行, 每炉批解剖1个车轮, 在其轮辋部位取三个冲击试样, 试样V型缺口槽深2 mm, 并且在-20℃时, KV2≥10J。具体冲击韧性值见表1。

冲击试样断口端面方向研磨抛光后, 观察金相组织和夹杂物评级。应用英国产LEO 438VP型扫描电镜进行断口分析;应用PE Optimo S300Ⅴ型电感耦合等离子体发射光谱仪分析试样成分;应用LECO公司TC 600型氮氧分析仪分析轮辋部位的氮氧含量;应用OLYMPUS的GX71金相显微镜进行金相组织观察;应用能谱仪分析了夹杂物的微区成分。

2 结果和讨论

2.1 化学成分

对车轮冲击试样进行光谱仪分析, 对相应的轮辋部位进行氮氧分析仪分析, 结果见表1。由化学成分分析可知, 有害硫磷含量及氮氧含量均很低, 说明钢的冶炼质量较好, 合金元素种类不多, 其中Cr含量较高, 主要为增加车轮钢的淬透性, 提高车轮轮辋在淬火过程中的冷却速度, 其作用是形成细珠光体和少量铁素体组织, 保证钢的高强度、高耐磨性和良好的韧性, 材料成分设计符合EN13262中ER9钢的要求。

2.2 断口分析

电镜观察, 首先, 在试样的起裂部位, 3#样有宽约800μm的塑性变形区, 在塑性变形区可观察到夹杂很少且尺寸较小, 均<5μm (见图1) , 而2#及1#试样起裂部位的塑性变形区宽度分别为200μm及160μm左右。其次, 对试样的准解理脆断区比较: (1) 在解理面大小方面, 三个试样相近。 (2) 在撕裂棱及二次裂纹方面, 3#试样的撕裂棱较多, 而且二次裂纹较少。 (3) 同时, 在三个试样解理面上均未观察到夹杂物。综上所述, 我们认为, 钢中夹杂物不是影响这批车轮冲击韧性的主要影响因素。

2.3 晶粒度、夹杂物及组织分析

金相观察, 三个冲击试样中: (1) 夹杂物较少, 形态均为球状, 分布较弥散, 夹杂尺寸均<5μm, 夹杂类型主要为球状氧化物, 其他类型夹杂极少;夹杂物评级, A~D类均为0.5级。 (2) 晶粒度评级, 1#~3#样均为7.5级;带状组织评级, 1#样为0.5级, 2#及3#样为0级。 (3) 经定量金相方法计算, 1#~3#样的铁素体含量分别约为5%、3%及15% (见图2及表2) 。

2.4 综合分析

3 个试样车轮钢的夹杂物评级级别较低, 断口分析中三个试样的断裂解理面均为观察到夹杂物, 由此表明钢中夹杂物不是影响这批地铁车轮冲击韧性差的主要因素。

根据试样研究结果并结合以往生产实践分析, 在车轮热处理时: (1) 通过控制轮辋处的喷水冷却强度, 可控制相变后生成铁素体比例。 (2) 冷速越慢, 相变后生成铁素体比例就越高[1]。 (3) 而且相对较多的呈网状分布的铁素体将珠光体组织有效地分割包裹在铁素体网之内, 可降低珠光体团的尺寸。 (4) 铁素体比例越高、珠光体团尺寸越小, 冲击韧性就越高。

前期试验发现, ER9地铁车轮钢而言, 当冷速>1℃/S时, 容易造成冷速不均匀, 导致金相组织中珠光体团粗大, 相变后不能获得足够多的铁素体以保证轮辋区域的冲击韧性。因此, 在后续的热处理过程中要严格控制车轮轮辋的冷却速率, 以获得均匀的细珠光体组织及含量较多的铁素体含量。

3 改进措施及效果

根据影响车轮钢低温冲击韧性的综合原因分析, 降低车轮热处理冷却强度为关键要点, 具体措施:通过降低淬火加热温度和淬火冷却水压, 严格控制淬火冷却水量。

对此进行改进试验, 其车轮生产工艺为:坯料锻轧成型, 经860℃~880℃淬火加热后对车轮踏面部位以一定的冷速喷水冷却, 通过控制淬火水压、喷水时间等参数控制车轮轮辋的冷却速度, 并经回火处理, 回火温度约520℃。

采取以上措施优化生产工艺后, 该批次1 200 t ER9地铁车轮-20℃的冲击韧性KV2平均值达到10J以上, 合格率100%。

4 结语

ER9地铁车轮低温冲击韧性差的主要原因是铁素体含量少、且珠光体团较粗大。在车轮热处理时, 通过控制轮辋处的喷水冷却强度, 提高了相变后生成铁素体的比例和避免出现大块的珠光体团, 改善了地铁车轮的低温冲击韧性, 提高了产品的合格率。

参考文献