Effect of plastic strain state on ductility and toughness

Abstract

The tensile ductility of seven structural steels was substantially reduced when the plastic strain state was changed from axisymmetric (round specimen) to plane strain. The ratio of plane-strain-tension ductility divided by axisymmetric-tension ductility declined from 72 percent for a mild steel to 17 percent for a steel with 248 ksi yield strength.

The ductility (fracture strain) in the Charpy V-notch specimen was equal to the ductility in the plane-strain-tension specimen. Therefore, the Charpy toughness correlated with plane-strain-tension ductility, not with the ordinary axisymmetric-tension ductility. The reduction in ductility when the plastic strain state is changed from axisymmetric to plane strain is here defined as plane strain sensitivity. The decreased toughness that accompanies increased strength is caused by the increase in plane-strain sensitivity that occurs as the strength increases.

Résumé

Les résultats de mesures de ductilite et de ténacité à température ambiante effectuées sur sept aciers de construction dont les limites élastiques ètaient comprises entre 39 et 248 ksi peuvent être résumés comme suit:

• — La ductilite (déformation à la rupture) mesurée sur des éprouvettes Charpy V soumises à flexion lente est égale la ductilité obtenue sur des éprouvettes de traction en état plan de deformation.

• — La valeur de la ductilité obtenue à l'aide de ce dernier type d'éprouvette est inférieure à celle que l'on obtient en recourant à une éprouvette de traction axisymétrique (cylindrique).

• — Le rapport entre la ductilite en etat plan de déformation et la ductilité en traction axisymétrique passe de 0,72 pour un acier doux à 0,17 pour un acier à 248 ksi de limite d'élasticité.

• — On attribue à une réduction de la ductilité sous état plan de déformation l'abaissement de la résilience Charpy V que l'on observe au fur et à mesure qu'augmente la résistance d'un acier.

Zusammenfassung

Die Ergebnisse von Dehnungs- und Zähigkeits messungen bei Raumtemperatur an sieben Baustählen, deren Elastizitätsgrenze zwischen 39 und 248 ksi lag, können wie folgt zusammengefasst werden:

• — Die Bruchdehnung, gemessen an einer Charpy V Probe, welcher einer langsamen Biegung unterworfen wurde, ist gleich der Dehnung einer Zugprobe bei planer Verformung.

• — Die am letzteren Probentyp bestimmte Dehnung liegt tiefer als der fur eine achsensymetrische Zugprobe ermittelte Wert (Rundstab). Das Verhältnis zwischen der Dehnung einer Probe bei planer Verformung und der Dehnung bei achsensymetrischer Verformung fällt von 0,72 für einen weichen Stahl auf 0,17 für einen Stahl mit einer Elastizitätsgrenze von 248 ksi.

• — Der Abfall der Charpy Kerbzähigkeit mit steigender Festigkeit eines Stahles wird der Erniedrigung der Dehnung bei planer Verformung zugeschrieben.