斷裂韌性基礎(chǔ)

1、第六章 斷裂韌性基礎(chǔ)第一節(jié)Griffith斷裂理論第二節(jié)裂紋擴(kuò)展的能量判據(jù)能量釋放率G裂紋擴(kuò)展單位面積時，系統(tǒng)所提供的彈性能量是裂紋擴(kuò)展的動力，此力叫裂紋擴(kuò)展力或稱為裂紋擴(kuò)展時的能量釋放率。以表示（1表示型裂紋擴(kuò)展）。G與外加應(yīng)力，試樣尺寸和裂紋有關(guān)，而裂紋擴(kuò)展的阻力為，隨，能克服裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展阻力，則裂紋使失穩(wěn)擴(kuò)展而斷裂，這個的臨界值它為，稱為斷裂韌性。表示材料組織裂紋試穩(wěn)擴(kuò)展時單位面積所消耗的能量。平面應(yīng)力下： 平面應(yīng)變下： G的單位。第三節(jié) 裂紋頂端的應(yīng)力場可看成線彈性體三種斷裂類型最危險型型裂紋頂端的應(yīng)力場無限大平板中心含有一個長為2a的穿透裂紋，受力如圖歐文（G。R。Irwin）等人對

2、型裂紋尖端附近的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了分析，提出應(yīng)力應(yīng)變場的數(shù)字解析式，由此引出了應(yīng)變場強(qiáng)度因子的概念。并建立了裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的K判據(jù)和斷裂韌性。若用極坐標(biāo)表達(dá)式表達(dá)，則有近似數(shù)字表達(dá)式：當(dāng)裂尖某點(diǎn)不確定，即一定后，應(yīng)力大小均由決定盈利強(qiáng)度因子故大小反映了裂紋尖端應(yīng)力場的強(qiáng)弱，取決于應(yīng)力大小，裂紋尺寸。 應(yīng)力場強(qiáng)度因子及判據(jù)將上面應(yīng)力場方程寫成：其中 Y：形狀系數(shù)。 對無限大板 Y=1。：當(dāng)此參量達(dá)到臨界時，在裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)，應(yīng)力便會達(dá)到斷裂強(qiáng)度，裂紋便沿著X軸失穩(wěn)擴(kuò)展，從而使材料斷裂。這個臨界或失穩(wěn)狀態(tài)的值記為斷裂韌性。為平面應(yīng)變的斷裂韌性，表示在平面應(yīng)變下材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，顯然可見

3、，材料的越高，則裂紋體的斷裂應(yīng)力或臨界斷裂尺寸就越大，表明難以斷裂。因此是材料抵抗斷裂的能力斷裂判據(jù)： 或裂紋體在受力時，只要滿足上式條件，就會發(fā)生脆性斷裂。反之，即使存在裂紋，若，也不會斷裂，這種情況稱為破損安全。應(yīng)用這個關(guān)系，可解決以下幾個問題： 確定構(gòu)件臨界斷裂尺寸：由材料的急構(gòu)件的平均工作應(yīng)力去估算其中允許的最大裂紋尺寸（即已知，求）為制定裂紋探傷標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù) 確定構(gòu)件承載能力：由材料的及構(gòu)件中的裂紋尺寸a,去估算其最大承載能力，（已知，a求）為載荷設(shè)計提供依據(jù)。 確定構(gòu)件安全性：據(jù)工作應(yīng)力及裂紋尺寸a ，確定材料的斷裂韌性（已知，a求）為正確選用材料提供理論依據(jù)3和的區(qū)別在于： 相對

4、于裂紋試樣來說，CVN或試樣缺口根部都是相當(dāng)鈍的，應(yīng)力集中數(shù)要小得多。 中包括了裂紋形成功和擴(kuò)散功部分，而試樣已預(yù)制了裂紋，不再需要裂紋形成功。 試樣必須滿足平面應(yīng)變條件，而一次沖擊試樣則不一定滿足平面應(yīng)變條件。 是在應(yīng)變速率高的沖擊載荷下得到，而試驗是在靜載下進(jìn)行的。與，與的異同描述了裂紋前端內(nèi)應(yīng)力場的強(qiáng)弱，是裂紋擴(kuò)展單位長度或單位面積時，裂紋擴(kuò)展力或系統(tǒng)能量釋放率，它們與裂紋及物體的大小形狀，外加應(yīng)力等參數(shù)有關(guān)。和都是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時和的臨界值。表示材料阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，是材料的力學(xué)性能，稱為斷裂韌性。并與材料的成分，組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。盡管兩種分析方法不同，但其結(jié)論是完全一至的第四節(jié) 裂紋

5、尖端塑區(qū)性及其修正思路：塑性區(qū)尺寸塑性區(qū)形狀屈服判據(jù)主應(yīng)力應(yīng)力分量（6-19）（6-18）（6-17）（6-15）（6-16）（6-10）（，）（一） 裂紋前端屈服區(qū)大小屈服區(qū)邊界曲線方程在X軸上，=0，塑性區(qū)寬度 沿上述思路，由（6-10）所表達(dá)的裂紋尖端的應(yīng)力分量代入（6-16）所表達(dá)的主應(yīng)力。即可得到裂紋尖端附近任一點(diǎn)P（，）的主應(yīng)力（6-16）表達(dá)試。由屈服判據(jù)，即可得到（6-17）表達(dá)的塑性區(qū)邊界曲線方程。也就得到6-8圖所示的塑性區(qū)形狀。在X軸上=0，所以又可以得到塑性區(qū)的尺寸寬度（6-18）表達(dá)試。由此也可以看到平面應(yīng)力的塑性區(qū)寬度比平面應(yīng)變的大許多。這表明平面應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)是最危

6、險的應(yīng)力狀態(tài)。第五節(jié) 應(yīng)力強(qiáng)度因子的塑性區(qū)修正應(yīng)力松弛對塑性區(qū)尺寸的影響通常把塑性區(qū)的最大主應(yīng)力叫做有效屈服應(yīng)力，用表示，換句話說，就是在Y方向發(fā)生屈服的應(yīng)力。我們在上面討論推出，由于裂紋尖端集中，使應(yīng)力場強(qiáng)度加大，當(dāng)它超過材料的有效屈服應(yīng)力時，裂紋前端就會屈服，產(chǎn)生塑性變形，并計算了塑性區(qū)尺寸。但是上面忽略了一個重要現(xiàn)象，即裂紋尖端一旦屈服，屈服區(qū)內(nèi)的最大主應(yīng)力恒等于有效屈服應(yīng)力，也就是將原來的應(yīng)力峰前移，屈服區(qū)多出來的那部分應(yīng)力（圖6-9影線P分區(qū)和A）就要松弛掉。這部分松弛掉的應(yīng)力傳給了屈服區(qū)周圍的區(qū)域，從而使這些區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力值升高。若這些區(qū)域的應(yīng)力高于時，則也會發(fā)生屈服。這就是說，屈服

7、區(qū)內(nèi)應(yīng)力松弛的結(jié)果。使屈服區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大。屈服區(qū)寬度由r0增加至R0。如圖6-9所示。圖中DBC為裂紋尖端的分布曲線。ABEF為考慮到屈服區(qū)應(yīng)力松弛后的分布曲線，ABE線恒重于。根據(jù)能量分析，影線面積與矩形BGHE相等。這樣即得到（P81頁）式。即盈利松弛后，平面應(yīng)變塑性區(qū)的寬度R0。平面應(yīng)力狀態(tài)下=。平面應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)下= 由于平面應(yīng)變狀態(tài)下。板內(nèi)裂紋尖端處于平面應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)，而前面板面是平面應(yīng)力狀態(tài)，所以并沒這么大。一般取=，這樣就可以得到平面應(yīng)變狀態(tài)下的及值?？墒怯捎趹?yīng)力松弛的結(jié)果。均使塑性區(qū)擴(kuò)大了一倍。書上將這類結(jié)果歸納了表4-2，大家可以仔細(xì)看。（二） 塑性區(qū)修正由于裂紋前斷塑性區(qū)的存在

8、，其應(yīng)力場分布壯必然發(fā)生變化，這時應(yīng)力場應(yīng)如何來計算呢？大量實驗論證，當(dāng)材料的值越高，而又較低時值是很小的；或者本身雖然不很小。但是由于試件的尺寸很大。相對來說R仍可看做很小。這種情況下，裂紋前端大部分區(qū)域為彈性區(qū)，只是發(fā)生了小范圍屈服。這種性質(zhì)下，只要稍加修正線彈性斷裂力學(xué)分析結(jié)果仍然適用。修正的簡單辦法是引入“有效裂紋尺寸”的概念。基本思路是：把塑性區(qū)松弛應(yīng)力的作用等效的看作是裂紋長度增加r，而松弛了彈性應(yīng)力場的作用，也就是說。塑性區(qū)的存在相當(dāng)于裂紋長度增加。從而引入有效裂紋長度來代替原有裂紋長度。就不再考慮塑性區(qū)的影響。原來推導(dǎo)出的線彈性應(yīng)力場的公式仍然適用。應(yīng)用彈性塑性斷裂力學(xué)裂紋，理

9、論上遠(yuǎn)不及彈性斷裂力學(xué)完善。只能采用幾種近似方法，且前用及最廣的有裂紋尖端張開位移COD與丁積分。一 丁積分1 丁積分的定義由 及 U=W 對P111頁的圖4-9所示 （U：位勢能 ：彈性應(yīng)變能 W：外力功）的單位厚試樣。 設(shè)為應(yīng)變能密度（單為體積應(yīng)變能）則于是 外力所做的功 所以 線彈性條件下G1表達(dá)式。彈性條件下，等式右端和積分總是存在的。稱訂積分（丁積分是圍繞裂紋尖端的任意積分回路的能量線積分）2 丁積分能量表達(dá)式 線性條件下： 彈塑性應(yīng)變條件下：這就是丁積分的能量表達(dá)式。應(yīng)當(dāng)注意。塑變是不可逆的，卸載后仍存殘余塑變。故不允許卸載。裂紋擴(kuò)展意味著局部卸載。因此，在彈塑性條件下。不能認(rèn)為是

10、裂紋擴(kuò)展單位長度的系位勢能下降率。而應(yīng)當(dāng)把它解釋為裂紋相差單位長度的兩個等同試樣的勢能差。正因為如此，丁積分原則上不能處理裂紋擴(kuò)展。3 丁積分特性 丁積分與積分路徑無關(guān)。即丁積分的守恒性。 丁積分可以描寫彈塑性狀態(tài)下裂紋頂端的應(yīng)力應(yīng)變場及其奇異性。它相當(dāng)于線彈性狀態(tài)下的K1的作用。4 臨界丁積分與彈塑性條件下的斷裂判據(jù)。 線彈性條件下，丁積分等于裂紋擴(kuò)展力G1，即 在臨界條件下，則有可以用試樣測得后按此式算出，從而較方便地獲得等中低強(qiáng)度鋼的斷裂韌性數(shù)據(jù)。線彈性條件下存在丁積分的斷裂判據(jù) 彈塑性條件下，大量實驗表明。如果裂紋開始擴(kuò)展點(diǎn)如臨界點(diǎn)，則當(dāng)試樣尺寸滿足一定要求后。所測的是穩(wěn)定的。是一個材

11、料常數(shù)。因此，指的是裂紋開始擴(kuò)展的開裂點(diǎn)。而不是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展點(diǎn)。因此只要滿足，構(gòu)件就會開裂。二 裂紋尖端張開位移COD對于中低強(qiáng)度鋼。由于塑性大，往往要在發(fā)生大范圍屈服甚至全屈服后才發(fā)生斷裂，在全屈服下，塑性區(qū)擴(kuò)散到整個裂紋截面。如假定忽略形變無變化，則裂紋頂端附近的應(yīng)力就幾乎不再增加。這樣，斷裂條件就應(yīng)該相當(dāng)于裂紋頂端附近達(dá)到某一臨界值時，裂紋開始擴(kuò)展。裂紋頂端張開位移COD就是這種關(guān)于裂紋頂端塑性應(yīng)變的一種度量。用臨界張開位移表示材料的斷裂韌性。 COD概念圖4-12中，裂紋沿方向產(chǎn)生張開位移。即稱為COD。 斷裂韌性及斷裂韌據(jù) 當(dāng)斷裂張開位移達(dá)到，某一臨界值時，裂紋就開始擴(kuò)展。即為斷裂韌

12、性。表示材料阻止裂紋開始擴(kuò)展的能力?？煽醋饕环N推動裂紋擴(kuò)展的能力。 為材料的一種固有性能，只和材料的成分和組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。 即為裂紋開列的斷裂判據(jù)。 線彈性條件下的COD表達(dá)式 圖4-12裂紋頂端張開位移用 代入得V為在正應(yīng)力作用下沿Y方向的位移量，可由線彈性斷裂力學(xué)的應(yīng)力場分析求出臨界狀態(tài)下： 彈塑性條件下的COD表達(dá)式臨界條件下；（平面應(yīng)力，斷裂應(yīng)力0.5時） T，COD，K及G之間的關(guān)系線彈性條件下： 彈塑性條件下，上述關(guān)系仍然成立。當(dāng)斷裂應(yīng)力0.5時；n-關(guān)系因子 裂紋尖端為平面應(yīng)力狀態(tài)時 n=1裂紋尖端為平面應(yīng)變狀態(tài)時 n=2T,COD,K及G的物理意義都是表示材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)散的能

13、力。 阻力曲線：（R曲線）：裂紋擴(kuò)展的推動力 R：裂紋擴(kuò)展的阻力，反映材料的性質(zhì)；。在裂紋開始擴(kuò)展時如果 R，裂紋不能擴(kuò)展。如果，則裂紋擴(kuò)展。隨著及的增加，裂紋擴(kuò)展力也增加。同時，由于裂紋尖端塑性區(qū)隨之增大，使增大，R也隨之增大。材料的R隨裂紋長度而增大的變化曲線稱為阻力曲線（R曲線）它描述了裂紋體鈍化飽和開裂和隨后穩(wěn)定的亞臨界裂紋擴(kuò)展以至失穩(wěn)斷裂的全過程。P109頁 圖4-7裂紋的擴(kuò)展可分為亞臨界擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展兩個階段。裂紋由開始擴(kuò)展到失穩(wěn)擴(kuò)展階段稱為亞臨界擴(kuò)展。裂紋推動臨界擴(kuò)展的條件就是R曲線與G曲線相切，此時裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，切點(diǎn)即為臨界點(diǎn)，對應(yīng)切點(diǎn)處的裂紋長度就是臨界裂紋長度，亞臨界擴(kuò)展的

14、開始點(diǎn)為開裂點(diǎn)。裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的條件為；第六節(jié) 影響斷裂韌性的因素斷裂韌性表征材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，是材料固有的力學(xué)性能指標(biāo)，既然斷裂韌性是材料的性能指標(biāo)，當(dāng)然它就能和其他力學(xué)性能指標(biāo)一樣。主要取決于材料的成分，組織和結(jié)構(gòu)。因此，適當(dāng)調(diào)整成分，通過各種的冶煉，加工及熱處理工藝以獲得最佳的組織，就可能大幅度提高材料的斷裂韌性，從而也就提高了含裂紋構(gòu)件的承載能力。一 斷裂韌性與常規(guī)機(jī)械性能指標(biāo)之間的關(guān)系 斷裂韌性與其他性能的關(guān)系1964年 Kraft首先提出微孔聚焦韌性模型。-第二相顆粒（夾雜）的平均距離。設(shè)裂紋頂端距最領(lǐng)近第二相粒子間的距離r=,裂紋頂端塑性區(qū)大小等于夾雜間的平均距離.塑性邊界以

15、外的區(qū)域是彈性區(qū)。沿裂紋延長線（X軸）的應(yīng)力為： 在塑性區(qū)邊界r=處的應(yīng)力： 相應(yīng)應(yīng)變?yōu)椋?假定塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)變變化規(guī)律和單向拉伸應(yīng)變變化規(guī)律一樣，即服從Hollomon公式。由于平面應(yīng)變試樣裂紋尖端處欲三向拉應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)外加拉應(yīng)力增大，隨之增大。裂紋頂端由于應(yīng)力集中會使夾雜或第二相破裂，或沿夾雜與本體界面開裂。從而形成空洞。隨增大?？斩蠢^續(xù)長大并會合。和單向拉伸實驗一樣。假定當(dāng)塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)變達(dá)到單向拉伸發(fā)生緊縮時的真應(yīng)變時。裂紋與空洞相連。導(dǎo)致裂紋快速失穩(wěn)擴(kuò)展。即當(dāng)時 這就是Kraft根據(jù)韌斷模型導(dǎo)出的表達(dá)式。它把斷裂韌性和強(qiáng)度矢量E。塑性矢量n及結(jié)構(gòu)參量d聯(lián)系在一起。1968年Hahn-Ro

16、senfield從另外的角度導(dǎo)出類似的關(guān)系式，即：真實延伸率上面二式均得到實驗證實，但二者都是根據(jù)韌斷模型提出的均不適用于脆斷情況。1963年Tetlemen等人提出了適用于脆斷（沿晶斷裂，介理斷裂）的關(guān)系式。假定當(dāng)裂紋頂端某一特征距離內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到材料斷裂強(qiáng)度時，試樣發(fā)生斷裂。：裂紋頂端曲率半徑無論脆斷還是韌斷，都與材料的強(qiáng)度和塑性有關(guān)，因此是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。 斷裂韌性與沖擊韌性之間的關(guān)系裂紋斷裂韌性和缺口沖擊韌性（或CVN）都是材料的斷裂韌性指標(biāo)，因此，很多情況下，對提高沖擊韌性的有效措施均能提高值。Rolfe親手做了十一種鋼號的性能數(shù)據(jù)，總結(jié)出，和三者之間的經(jīng)驗公式：但是與（）的物理

17、含義不同。沖擊韌性反映裂紋形成和擴(kuò)展全過程所消耗的總能量，而只是反映裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展過程所消耗的能量。例如40CrNiMo鋼經(jīng)超高溫淬火（奧氏體溫度）晶粒度0-1級。正常淬火（）后晶粒度為7-8級。前者的比后者搞出了一倍。但沖擊值卻大幅度下降。造成此差別的原因在于： 相對于裂紋試樣來說，CVN或試樣的應(yīng)力集中要小的多。 中包括了裂紋形成和擴(kuò)展功，而試樣已預(yù)制了裂紋，不再需要裂紋形成功。 試樣必須滿足平面應(yīng)變條件，而一次沖擊試樣不一定滿足平面平面應(yīng)變條件。 沖擊韌性是在應(yīng)變速度高的沖擊載荷下得到的，而試驗是在靜載荷下進(jìn)行的。二 材料的成分組織結(jié)構(gòu)對斷裂韌性的影響 化學(xué)成分的影響1 鎂是最有效的韌化元

18、素，它不僅改善鋼的斷裂韌性，還能有效地降低冷脆轉(zhuǎn)化溫度。2 鋼中的P，S是難以避免的有害元素，對斷裂韌性十分有害。3 細(xì)化晶粒的合金元素，使提高。4 形成金屬間化合物程第二相析出的各合金元素，使降低。因為硬化的作用提高強(qiáng)度，降低塑性，有利于裂紋的擴(kuò)展使降低。5 強(qiáng)烈固溶強(qiáng)化合金元素使降低。 晶粒尺寸對的影響。1 晶粒越細(xì)，越高。因為細(xì)化晶粒，裂紋擴(kuò)展時所消耗的能量越多。2 細(xì)化晶粒，韌性提高，強(qiáng)度提高，脆性轉(zhuǎn)化溫度降低，回火脆性降低。3 通過合金化，冷熱加工（控制軋制），熱處理等方法達(dá)到細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)韌性。 夾雜及第二相的影響1 鋼中的夾雜物（如硫化物，氫化物）均使降低，且隨夾雜物體積百

19、分比的增加，降低越多。因為它們的韌性均比基體材料差。稱為脆性相。2 脆性相呈球型或顆粒細(xì)小并均勻分布，則增高。如球狀滲碳體比線狀滲碳體的韌性高。 組織結(jié)構(gòu)對的影響1 位錯板條M，；孿晶線狀M， 因為前者本身塑性好，且形成溫度高，不易在形成過程中產(chǎn)生裂紋。后者本身韌性差，且易形成微裂紋。2 回火索氏體的3 在強(qiáng)度水平大致相等的情況下，低碳M的中碳M的。處理工藝淬火回火1.2151.4805913.4113淬火回火1.3331.3925212.3784 的高于,的比回火M差. 裂紋擴(kuò)展阻力小, 裂紋擴(kuò)展阻力大.5 奧氏體韌性大于M,鋼中存在一定量的的殘余奧氏體,可以為韌性相提高鋼材韌性.韌性相提高

20、韌性的原因是: 裂紋擴(kuò)展遇到韌性相時,由于韌性相產(chǎn)生塑變,使裂紋前端鈍化,且韌性相變要有韌性能量,使裂紋擴(kuò)展受阻. 裂紋擴(kuò)展遇到韌性相,使裂紋難以直線前進(jìn),而迫使裂紋改變方向或分岔,從而松弛了能量提高了韌性. 對奧氏體組織來說,在裂紋前端應(yīng)力集中的作用下,可以誘發(fā)馬氏體相變,這種局部相變要消耗很大的能量,故對阻止裂紋擴(kuò)展,提高有明顯的好處.如一些奧氏體鋼,就可在應(yīng)力誘發(fā)下產(chǎn)生相變,使提高.這類鋼稱為相變誘發(fā)塑性鋼(TRIP),是目前斷裂韌性最好的強(qiáng)韌鋼.三. 變形熱處理對斷裂韌性的影響變形熱處理是目前行之有效的強(qiáng)韌方法之一.它通過變形加相變的綜合強(qiáng)化方法,可顯著改善材料的綜合機(jī)械性能.如提高材

21、料的強(qiáng)度,韌性,塑性疲勞強(qiáng)度,降低冷脆性.就轉(zhuǎn)變溫度及缺口敏感性,也是提高的有效方法.變形熱處理強(qiáng)韌化的原因,一般認(rèn)為是由于奧氏體形變形成了細(xì)小的亞結(jié)構(gòu),淬火后獲得細(xì)小M,且減小了孿晶M,增加了板條M的數(shù)量;另外,奧氏體形成后位錯密度很高,遺傳到轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中的位錯密度也高,故強(qiáng)韌效果顯著.四.溫度,加載速度對裂紋韌性的影響 溫度的影響 一般來說,大多數(shù)鋼的斷裂韌性隨溫度的降低而減小.當(dāng),鋼的開始緩慢下降,在某一范圍內(nèi)明顯下降,這一T區(qū)間為材料的冷脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū). 加載速度的影響一般來說,隨加載速度的增加, 降低,P120圖4-16增加一個數(shù)量級,使下降10%. 第七節(jié) 斷裂韌性的測試 包括,的測試

22、,常用的測試一. 測試原理 Y:與裂紋試樣的幾何形狀,加力方式有關(guān).如得證實驗是在平面應(yīng)變及小范圍屈服條件下進(jìn)行.則只需要測試樣上裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時的臨界力,即可測.二.試樣(試驗用)1. 形狀和尺寸 四種試樣:三點(diǎn)彎曲,緊湊拉伸,C形拉伸和圓形緊湊拉伸,常用前兩種 測試前的兩個基本特點(diǎn)需預(yù)制疲勞裂紋滿足一定條件使其處于平面應(yīng)變及小范圍屈服 由平面應(yīng)變小范圍屈服時的塑性區(qū)尺寸:測驗T和加載速率與測試相同時的材料屈服強(qiáng)度故試樣尺寸需滿足如下條件這些尺寸比大一個數(shù)量級可滿足平面應(yīng)變及小范圍屈服由此可見,為了確定試樣尺寸,首先 要預(yù)先測定所測試樣的值和估計或參考相近材料的值 據(jù)上式確定試樣的最小彎度B

23、根據(jù)試樣各尺寸方向的關(guān)系確定試樣其他尺寸.注意: 已知所測試樣材料值范圍時,建議取偏高值 所試材料的值無法估計,可根據(jù)材料的的值來確定. 當(dāng)確知比表4-3推薦的尺寸小得多時,可采用尺寸較小的試樣.2. 試樣的制備 試樣毛坯粗加工熱處理磨削加工開缺口預(yù)制疲勞裂紋在高頻疲勞試驗機(jī)床上進(jìn)行 預(yù)制疲勞裂紋(在線切割機(jī)上加工,裂紋尖端半徑0.08-0.1mm,裂紋長度0.025wor 1.5mm, 預(yù)制疲勞裂紋時，先在試樣的兩個側(cè)面上垂直于裂紋擴(kuò)展方向用鉛筆或其他工具畫兩條標(biāo)線（如圖）其中標(biāo)線AB與0.5W相對應(yīng)，標(biāo)線CD在最近缺口一側(cè)，兩條標(biāo)線間的距離應(yīng)不小于缺口+疲勞裂紋總長度的2.5%，即0.01

24、25w.預(yù)制疲勞裂紋開始時載荷較大，但最大應(yīng)變載荷需保證（：預(yù)制疲勞裂紋時的最大應(yīng)力場強(qiáng)度因子）交變載荷的最大值應(yīng)使 當(dāng)疲勞裂紋長大到標(biāo)線CD位置時，應(yīng)當(dāng)減小最大載荷，在裂紋擴(kuò)展的最后階段（即在裂紋總長度最后的2.5%的距離內(nèi)）應(yīng)使且，同時調(diào)整載荷在-10.1之間預(yù)制疲勞裂紋過程中，要用放大鏡或讀數(shù)顯微鏡仔細(xì)監(jiān)視裂紋的發(fā)展，遇到試樣兩側(cè)裂紋發(fā)展深度相差較大時，可將試樣調(diào)轉(zhuǎn)方向繼續(xù)加載3. 試驗裝置采用三點(diǎn)彎曲試料,其斷裂試驗點(diǎn)在萬能材料試驗機(jī)床上進(jìn)行,通過X-Y函數(shù)記錄儀,獲得(P-V).載荷與裂紋嘴張開位移曲線,從而可間接確定裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時的載荷.4.實驗程序和方法用三點(diǎn)彎曲試樣測試斷裂韌性

25、的程序及方法如下。測量試樣尺寸： 在缺口附近至少三個位置上測量試樣水平寬度W，精確到0.025mm或0.1%w，然后從從疲勞裂紋頂端至試樣的無缺口邊，沿著預(yù)期的裂紋擴(kuò)展線至少在三個垂直間隔位置上測量寬度B。精確到0.025 mm或0.1%W。然后取 安裝彎曲試樣支座，使加力線通過跨距S的中點(diǎn)。偏差在1%S以內(nèi)。放置試樣時，應(yīng)使裂紋頂端位于跨距的正中，偏差不得超過1%S而且試樣與支撐輪的軸線應(yīng)成直角偏差以內(nèi)。 標(biāo)定引伸計用位移標(biāo)定器進(jìn)行標(biāo)定。把引伸計裝在標(biāo)定器上，對引伸計工作量程的10個等分點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，然后取下引伸計。再重新裝上。做第二次標(biāo)定。如此標(biāo)定三次。引伸計的線性應(yīng)當(dāng)滿足：每個位移讀數(shù)與最小二乘法擬合直線間的最大偏差不超過。 在試樣上用502膠水粘貼刀口，安裝引伸計，使刀口與引伸計兩臂