斷裂韌性KIC測(cè)試試驗(yàn)

1、斷裂韌性K】c測(cè)試試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌性K】c測(cè)試的基本原理、實(shí)驗(yàn)裝置及試樣的形狀和尺寸。2 .掌握的測(cè)試過(guò)程及試驗(yàn)結(jié)果的處理方法。1k/二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣。以40Cr或40CrNiMoA為材料的坯料，經(jīng)淬火及200c回火處理，進(jìn)行參數(shù)測(cè)試。對(duì)同一種熱處理狀態(tài)的材料，至少做3個(gè)試樣。Ikz三、實(shí)驗(yàn)原理平面應(yīng)變斷裂韌性Kq是應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K1的臨界值，它表征金屬材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力。因而測(cè)試Kq的基本原理，就是把待試驗(yàn)的材料制成一定形狀和尺寸的試樣，并在試樣上預(yù)制出相當(dāng)于缺陷的裂紋，然后對(duì)試樣加載。由于試樣及其裂紋的形狀、尺寸和加載方式以及斷

2、裂部位都是預(yù)先確定的，所以其應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K1的表達(dá)式也是確定的。在加載過(guò)程中，用測(cè)試儀器連續(xù)記錄載荷增加與裂紋擴(kuò)展情況的PV曲線(xiàn)（P-載荷，V裂紋嘴兩側(cè)刀口張開(kāi)位移）。根據(jù)曲線(xiàn)上表明裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展臨界狀態(tài)的載荷Pq及試樣斷裂后測(cè)出的與Pq相對(duì)應(yīng)的預(yù)制裂紋（半）長(zhǎng)度a,代入應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K1表達(dá)式，求出裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界K1值，記為Kq,然后再依據(jù)一些規(guī)定判斷Kq是不是平面應(yīng)變狀態(tài)下的Ke。如果Kq不符合判別的要求，則仍不是K】c，需增大試樣尺寸重做試驗(yàn)。我國(guó)已于1984年頒布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T41611984金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)方法，本實(shí)驗(yàn)將以此標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。四、試樣形狀、尺寸及制備國(guó)家標(biāo)

3、準(zhǔn)GBAT4161-1984金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度K©試驗(yàn)方法中規(guī)定了兩種測(cè)試斷裂韌性的標(biāo)準(zhǔn)試樣：標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣（代號(hào)SE（B）和緊湊拉伸試樣（代號(hào)CQ）。這兩種試樣的裂紋擴(kuò)展方式都是I型的。試樣的形狀及各尺寸之間的關(guān)系，如圖5-1所示。為了達(dá)到平面應(yīng)變條件，試樣厚度B必須滿(mǎn)足下藥：B>2.5（K/（7）ICy式中：。一屈服強(qiáng)度。2或。y02s因此，在確定試樣尺寸時(shí)，要預(yù)先估計(jì)所測(cè)材料的K和。值，再根據(jù)上式確定試樣的icy最小厚度B。若材料的K值無(wú)法估計(jì)，則可根據(jù)o/E的值來(lái)確定B的大?。ㄒ?jiàn)表5T）,icy然后再確定試樣的其它尺寸。試樣可從機(jī)件實(shí)物上切取，或鍛、鑄試樣毛坯。

4、在軋制鋼材上取樣時(shí)，應(yīng)注明裂紋面取向和裂紋擴(kuò)展方向。表5T根據(jù)7/E的值推薦的試樣最小厚度Bo/Ey試樣最小厚度B（nun）o/Ey試樣最小厚度B（111111）0.00500.0057750.00710.0075320.0057-0.0062630.0075-0.0080250.0062-0.0065500.00800.0085200.00650.0068440.00850.010012.50.0068-0.00713820.01006.5五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .參觀(guān)試樣切割缺口及預(yù)制疲勞裂紋的設(shè)備及過(guò)程。2 .測(cè)量試樣尺寸：在疲勞裂紋前緣韌帶部分測(cè)量試樣厚度B,在切口附近測(cè)量試樣寬度W,測(cè)量3次

5、取平均值。測(cè)量精度要求0.02mm或0.1%B（或W）o3 .安裝三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)底座，使加載線(xiàn)通過(guò)跨距S的中點(diǎn)，偏差在1%>S以?xún)?nèi)。放置試樣時(shí)應(yīng)使缺口中心線(xiàn)正好落在跨距的中點(diǎn)，偏差也不得超過(guò)而且試樣與支承短的軸線(xiàn)應(yīng)成直角，偏差在±2。以?xún)?nèi)。4 .將載荷傳感器和位移傳感器的接線(xiàn)，分別按“全橋法”接入動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，并進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。用動(dòng)態(tài)輸出檔，將載荷和位移輸出訊號(hào)分別接到函數(shù)記錄儀的和女”接線(xiàn)柱上。調(diào)整好函數(shù)記錄儀的放大比，使記錄曲線(xiàn)的初始斜率在0.7L5之間，最好為1,并使畫(huà)出的圖形大小適中。5 .開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，對(duì)試樣緩慢而均勻地加載（本實(shí)驗(yàn)彎曲壓頭速率0.01nim/s）,選擇加載速

6、度應(yīng)使應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的增加速率在0.552.75MN-m3/2/s范圍內(nèi)。當(dāng)采用S/W=4,a/W=0.5的三點(diǎn)彎曲試樣時(shí)，對(duì)鋼件也可按0.04B0.2Bmm/分鐘的橫梁移動(dòng)速度進(jìn)行加載。對(duì)于某些老式試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)，加載時(shí)必須在PV曲線(xiàn)上記錄任一初載荷（由試驗(yàn)機(jī)測(cè)力度盤(pán)讀出）和斷裂載荷的數(shù)值，以便于對(duì)PV曲線(xiàn)上的載荷進(jìn)行標(biāo)定，本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)試系統(tǒng)不需要進(jìn)行此過(guò)程。6 .加載結(jié)束后，壓斷試樣，從3086-11型XY系列實(shí)驗(yàn)記錄儀上取下記錄的PV曲線(xiàn)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理PV曲線(xiàn)：V(mm)1 .確定條件裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展載荷Pq由于在P5之前沒(méi)有別的高峰載荷，所以：PQ=P5=6.477kN2 .測(cè)定臨界裂紋

7、（半）長(zhǎng)度a試樣尺寸：ai=9.36mm32=9.73mma3=10.08mma4=9.73mma5=9.69mm寬：W=19.89mm厚：B=10.02mma=(2+3+a，=3(9.73+10.08+9.73)=9.85a?、a3xa中最大值與最小值之差為：a3-a2=0.352.5%W=2.5%X19.89=0.49725因?yàn)椋篴3-a4<2.5%W所以，本次試驗(yàn)無(wú)效3 .計(jì)算條件斷裂韌性Kq已知：S=80mm將Pq和a的值代入Ki的表達(dá)式計(jì)算Kq0對(duì)于三點(diǎn)彎曲試樣,*SaKq=B.W3,2*（石）=-=0.4952W19.89查表得X（S）=2.286.477乂1即、80、103m10.02x1o-3mX(19.89x1O_3ill3-42.03MN*nf54 .判定Kq的有效性由PV曲線(xiàn)可讀出，Pmax=6.5631kN,所以Pxnax6.5631k1.03PQ6.3764因?yàn)?。y=Ob=1850MPa2所以2.5（KQ/Oy）=1.29xlO-3m>B,所以，本次試驗(yàn)無(wú)效七、思考題1、本試驗(yàn)的重點(diǎn)是什么？答：繪圖時(shí)，要注意筆應(yīng)在圖紙