GBT 42914-2023 鋁合金產(chǎn)品斷裂韌度試驗(yàn)方法

鋁合金產(chǎn)品斷裂韌度試驗(yàn)方法2023-08-06發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 14方法概述 5試驗(yàn)條件 26儀器設(shè)備 26.1試驗(yàn)機(jī) 26.2疲勞預(yù)裂紋設(shè)備 6.3引伸計(jì) 26.4試驗(yàn)夾具 36.5防翹曲裝置 57平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)方法 7.1試樣 57.2測(cè)試步驟 7.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 7.4結(jié)果處理與結(jié)果表示 8平面應(yīng)力斷裂韌度試驗(yàn)方法 8.1采用中心裂紋試樣的試驗(yàn)方法 8.2采用緊湊拉伸試樣的試驗(yàn)方法 8.3結(jié)果處理與結(jié)果表示 9試驗(yàn)報(bào)告 9.1平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn) 9.2平面應(yīng)力斷裂韌度試驗(yàn) 附錄A(規(guī)范性)引伸計(jì)線性度檢驗(yàn)方法 參考文獻(xiàn) I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本文件由全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC243)歸口。本文件起草單位：西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司、國(guó)標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司、中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司、東北輕合金有限責(zé)任公司、天津忠旺鋁業(yè)有限公司、廣西南南鋁加工有限公司、有研工程技術(shù)研究院有限公司、上海航空材料結(jié)構(gòu)檢測(cè)股份有限公司、山東南山鋁業(yè)股份有限公司、中國(guó)兵器裝備集團(tuán)第五九研究所有限公司、中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有1鋁合金產(chǎn)品斷裂韌度試驗(yàn)方法本文件描述了鋁合金產(chǎn)品斷裂韌度的試驗(yàn)方法。本文件適用于鋁合金軋制板材、擠壓棒材、擠壓板材、擠壓管材、擠壓型材和鍛件產(chǎn)品的平面應(yīng)變斷裂韌度和平面應(yīng)力斷裂韌度的測(cè)定。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)GB/T12160—2019金屬材料單軸試驗(yàn)用引伸計(jì)系統(tǒng)的標(biāo)定GB/T16825.1—2022金屬材料靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)第1部分：拉力和(或)壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)JJG475電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)JJG556軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)JJG762引伸計(jì)JJG1063電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T10623界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。4方法概述通過(guò)循環(huán)加載對(duì)帶機(jī)加工缺口的試樣預(yù)制疲勞裂紋，對(duì)帶尖銳裂紋的試樣施加垂直于裂紋平面的拉力時(shí)，裂紋尖端會(huì)發(fā)生小范圍的塑性變形，通常試樣裂紋尖端塑性區(qū)包括內(nèi)部的平面應(yīng)變區(qū)與表面的平面應(yīng)力區(qū)。若試樣厚度足夠小，平面應(yīng)變區(qū)可忽略不計(jì)，裂紋尖端近似處于平面應(yīng)力狀態(tài)，可測(cè)得平面應(yīng)力斷裂韌度，平面應(yīng)變區(qū)占比隨著試樣厚度的增大而增大，當(dāng)試樣厚度增大至一定程度時(shí)，裂紋尖端近似處于平面應(yīng)變狀態(tài)，可測(cè)得平面應(yīng)變斷裂韌度。斷裂韌度試驗(yàn)分為兩類：——平面應(yīng)力斷裂韌度試驗(yàn)：使用中心裂紋試樣或?qū)挾扰c厚度的比值大于4的緊湊拉伸試樣測(cè)定鋁合金材料的平面應(yīng)力斷裂韌度(Kc)、表觀平面應(yīng)力斷裂韌度(Ka)或裂紋擴(kuò)展抗力強(qiáng)度因——平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)：使用寬度與厚度的比值在2～4之間的緊湊拉伸試樣測(cè)定鋁合金材料2的平面應(yīng)變斷裂韌度(K?),或在無(wú)法測(cè)定K?時(shí)，評(píng)定K?的條件值(Kα)是否可作為“批產(chǎn)放行Kq”。5試驗(yàn)條件6儀器設(shè)備6.1試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，宜采用軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或拉力試驗(yàn)機(jī)：——軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)按JJG556進(jìn)行校準(zhǔn)，并滿足JJG556規(guī)定的疲勞試驗(yàn)機(jī)計(jì)量特性要求；——萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或拉力試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力系統(tǒng)應(yīng)按JJG475或JJG1063進(jìn)行校準(zhǔn)，試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于GB/T16825.1—2022的1級(jí)。6.2疲勞預(yù)裂紋設(shè)備疲勞預(yù)裂紋設(shè)備宜采用符合6.1規(guī)定的軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)；采用其他設(shè)備時(shí)，設(shè)備的靜態(tài)力示值相對(duì)誤差應(yīng)在士1.0%范圍內(nèi)，靜態(tài)力示值重復(fù)性相對(duì)誤差應(yīng)不大于1.0%。注：疲勞預(yù)裂紋設(shè)備用于疲勞裂紋預(yù)制，試驗(yàn)機(jī)用于測(cè)定斷裂韌度，兩者可為同一臺(tái)設(shè)備，也可為不同設(shè)備。6.3.1引伸計(jì)系統(tǒng)按JJG762進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)定平面應(yīng)變斷裂韌度時(shí)，引伸計(jì)準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于GB/T12160—2019的1級(jí)；測(cè)定平面應(yīng)力斷裂韌度時(shí)，引伸計(jì)準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到或優(yōu)于GB/T12160-2019的2級(jí)。6.3.2引伸計(jì)線性度應(yīng)按附錄A規(guī)定的方法定期檢驗(yàn)，宜每周檢驗(yàn)一次。6.3.3引伸計(jì)與刀口之間的接觸點(diǎn)應(yīng)能在一定范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，引伸計(jì)安裝示意圖見(jiàn)圖1。3標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——試樣；2—-引伸計(jì)；3——引伸計(jì)懸臂凹槽。引伸計(jì)懸臂凹槽根部的半徑應(yīng)在0.10mm～0.15mm范圍內(nèi)。圖1引伸計(jì)安裝示意圖6.4試驗(yàn)夾具6.4.1緊湊拉伸試樣可采用U型鉤夾具(見(jiàn)圖2)。4標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：W——試樣寬度；D——加力桿螺紋大徑；1——加力桿螺紋；2——加力平面。夾具用銷釘直徑應(yīng)為0.024W-8oasw,U型鉤和銷釘?shù)挠捕葢?yīng)不小于40HRC。注：表面粗糙度Ra的單位為微米(μm),其他尺寸的單位為毫米(mm)。a為便于安裝引伸計(jì)，可切去U型鉤的邊角。圖2適用于緊湊拉伸試樣的U型鉤夾具6.4.2中心裂紋試樣可采用多排螺栓夾具、單插銷夾具或楔形夾具加載，寬度大于305mm的試樣應(yīng)使用多排螺栓夾具或楔形夾具。夾具與試樣接觸面的表面粗糙度(Ra)應(yīng)不大于0.8μm。圖3給出了適用于中心裂紋試樣的多排螺栓夾具示例。5標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：2—-試樣；圖3多排螺栓夾具圖示6.5防翹曲裝置防翹曲裝置應(yīng)具備壓力調(diào)整功能，可提供足夠高的剛性約束，裝置與試樣接觸面的表面粗糙度(Ra)應(yīng)不大于0.8μm。7平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)方法7.1試樣7.1.1試樣形狀及尺寸7.1.1.1平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)采用緊湊拉伸試樣(見(jiàn)圖4),試樣尺寸應(yīng)符合圖4規(guī)定[2<(W/B)≤4的6試樣的厚度(B)除外]。試樣的寬厚比(W/B)宜為2,應(yīng)滿足2≤(W/B)≤4,裂紋長(zhǎng)度(a)應(yīng)滿足0.45≤(a/W)≤0.55。試樣厚度與寬度應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中無(wú)規(guī)定時(shí)宜符合表1規(guī)定。注：厚度相同、寬厚比不同的試樣測(cè)得的K?值或Kα值可能存在差異，通常寬厚比較大的試樣測(cè)得的K?值或Ko值較大。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——起始缺口平面；2——緊湊拉伸試樣的加力線；W——試樣寬度；a——裂紋長(zhǎng)度；圖4緊湊拉伸試樣(W/B=2)表1試樣厚度與寬度要求產(chǎn)品類型產(chǎn)品厚度試樣厚度與寬度“軋制板材6.35mm～50mm裂紋擴(kuò)展預(yù)期平面垂直于縱向，裂紋擴(kuò)展預(yù)期方向?yàn)闄M向的試樣，或裂紋擴(kuò)展預(yù)期平面垂直于橫向，裂紋擴(kuò)展預(yù)期方向?yàn)榭v向的試樣，試樣厚度宜等于板厚；其他試樣厚度宜盡可能大，但應(yīng)不大于50mm裂紋擴(kuò)展預(yù)期平面垂直于縱向，裂紋擴(kuò)展預(yù)期方向?yàn)闄M向的試樣，或裂紋擴(kuò)展預(yù)期平面垂直于橫向，裂紋擴(kuò)展預(yù)期方向?yàn)榭v向的試樣，試樣厚度宜為50mm;其他試樣厚度宜盡可能大，但應(yīng)不大于50mm7表1試樣厚度與寬度要求(續(xù))產(chǎn)品類型產(chǎn)品厚度試樣厚度與寬度擠壓產(chǎn)品 一符合表2規(guī)定，試樣寬度宜不小于50mm鍛件宜選用表2中尺寸能滿足表7要求的最小尺寸的試樣當(dāng)可熱處理強(qiáng)化鋁合金產(chǎn)品(或樣坯)在熱處理過(guò)程中沒(méi)有消除應(yīng)力時(shí)(狀態(tài)代號(hào)T_51、T_510、T_511、T_52、T_54,表示消除應(yīng)力狀態(tài)),應(yīng)選取寬度(W)不大于100mm且寬厚比(W/B)等于2的試樣。當(dāng)加工試樣或試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)可能受到殘余應(yīng)力影響時(shí)，或改變?cè)嚇映叽鐪y(cè)得的Kq值發(fā)生了用其他方法(例如厚度小于25mm的高韌度材料，試樣厚度不變，增大試樣寬度后測(cè)得的Kα值可能顯著增大)不能解釋的顯著變化時(shí)，若采用試樣寬度(W)不大于60mm的試樣可測(cè)得有效Kl,可切取厚度(B)盡可能小(B≤30mm),且W/B=2的試樣用于重新試驗(yàn)。試樣厚度應(yīng)不小于6.35mm?！苯M織不均勻的鍛件，在預(yù)制疲勞裂紋時(shí)可能出現(xiàn)局部裂紋擴(kuò)展量明顯偏小，局部裂紋擴(kuò)展方向偏離預(yù)期方向，或裂紋沿預(yù)期方向到擴(kuò)展一定長(zhǎng)度后偏離預(yù)期方向等情況而導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)效，減小試樣尺寸可降低出現(xiàn)此類情況的概率。表2緊湊拉伸試樣型號(hào)及其試樣寬度和厚度試樣型號(hào)“試樣寬度(W)mm試樣厚度(B)mm首選值可選范圍CT25.425.40CT3030.00CT4040.0020.00CT5050.0025.00CT6060.0030.00CT7070.0035.00CT8080.0040.0020.00～40.00CT9090.0045.00CT10050.00CT11055.00CT12060.00CT12763.50緊湊拉伸試樣型號(hào)以“CT后綴寬度值”命名，但當(dāng)試樣厚度小于其寬度的一半時(shí)，以CT后綴寬度值后附腳注“B和試樣厚度值”命名，對(duì)于產(chǎn)品厚度在0.25W～0.50W之間的產(chǎn)品加工的全厚度試樣，以CT后綴寬度值后附腳注“BF”命名。例如寬度為100mm的試樣型號(hào)為CT100;厚度為25mm的厚板上切取的寬度為100mm的試樣型號(hào)為CT100s;厚度為25mm～50mm的厚板上切取的寬度為100mm的全厚度試樣型號(hào)為CT100F。7.1.1.2試樣的疲勞裂紋起始缺口分為直通形缺口(見(jiàn)圖5)和山形缺口(見(jiàn)圖6)兩種。起始缺口平面應(yīng)與相交的試樣表面垂直(偏差在±2°以內(nèi)),并與預(yù)期裂紋擴(kuò)展方向平行，缺口尺寸應(yīng)符合表3的規(guī)8定，缺口根部半徑應(yīng)不大于0.25mm,宜不大于0.10mm。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：0——缺口根部角度；h——缺口高度；1——疲勞裂紋擴(kuò)展量。圖5直通形缺口標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：Ln——山形缺口表面機(jī)加工缺口長(zhǎng)度；β——山形缺口角度；1——疲勞裂紋擴(kuò)展量。兩側(cè)Lx的差異應(yīng)不大于0.01W。圖6山形缺口表3緊湊拉伸試樣缺口尺寸缺口根部角度(θ)山形缺口角度(β)缺口高度(h)90～120試樣寬度不大于16.00mm時(shí)缺口高度應(yīng)為1.6mm,試樣寬度大于16.00mm時(shí)缺口高度應(yīng)不小于1.6mm且小于0.1W97.1.1.3起始缺口應(yīng)加工整體刀口或附加刀口，用于安裝引伸計(jì)，見(jiàn)圖7。a)整體刀口b)附加刀口mmmmmm45～60θ?~90標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：l?——整體刀口深度；θ?——刀口尖端角度；θ?——整體刀口底部角度；l?——附加刀口刀片厚度；Lg——計(jì)量長(zhǎng)度；Lg——有效計(jì)量長(zhǎng)度。a典型值，在滿足Lg≤W/2條件下可采用與引伸計(jì)測(cè)量范圍相匹配的任意長(zhǎng)度。試樣取樣方向、取樣位置應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中未規(guī)定取樣方向時(shí)，按表4規(guī)定取L-T方向試樣；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中未規(guī)定取樣位置時(shí)，按表4規(guī)定的取樣位置切取試樣。需方對(duì)取樣方向有特殊要求(如圖8所示的L-S方向、T-S方向、S-T方向)時(shí)，由供需雙方商定，并在訂貨單(或合同)中注明。表4平面應(yīng)變斷裂韌度試樣取樣方向和取樣位置產(chǎn)品類型取樣方向“取樣位置軋制板材見(jiàn)圖8板厚不大于100mm時(shí)，板材產(chǎn)品任意位置的1/2厚度處；板厚大于100mm時(shí)，L-T方向與T-L方向試樣從板材產(chǎn)品任意位置的1/4厚度處切??；S-L方向試樣從板材產(chǎn)品任意位置的1/2厚度處切取鍛件模鍛件閉式模鍛件—L-T方向、T-L方向、S-L方向試樣分別從鍛件L向、T向、S向的最厚部位中心處切取開(kāi)式模鍛件鍛件矩形鍛件見(jiàn)圖8鍛件1/2厚度處”鍛餅圓鍛餅見(jiàn)圖9正多邊形鍛餅1見(jiàn)圖10鍛餅1/2厚度與內(nèi)切圓1/2半徑處表4平面應(yīng)變斷裂韌度試樣取樣方向和取樣位置(續(xù))產(chǎn)品類型取樣方向“取樣位置鍛件鍛件鍛棒圓鍛棒見(jiàn)圖11正多邊形鍛棒見(jiàn)圖12鍛棒內(nèi)切圓1/2半徑處”鍛環(huán)見(jiàn)圖13、圖14鍛環(huán)1/2壁厚處與1/2高度處”鍛壓管見(jiàn)圖15鍛壓管1/2壁厚處異形鍛件——由供需雙方協(xié)商確定，并在圖樣中注明軋環(huán)見(jiàn)圖13軋環(huán)1/2壁厚處與1/2高度處”擠壓產(chǎn)品棒材扁棒見(jiàn)圖8擠壓前端橫截面1/2厚度處與1/2寬度處圓棒見(jiàn)圖11擠壓前端橫截面上1/2半徑處正多邊形棒d見(jiàn)圖12擠壓前端橫截面上的內(nèi)切圓1/2半徑處板材見(jiàn)圖8擠壓前端橫截面任意位置的1/2厚度處管材見(jiàn)圖15擠壓前端壁厚的中心處型材見(jiàn)圖16、圖17任意位置橫截面最大壁厚的中心處，該中心處的壁寬(或?qū)挾?小于67.5mm時(shí)，在壁寬(或?qū)挾?不小于67.5mm的壁厚中心處切取最大樣坯，取樣位置應(yīng)避開(kāi)擠壓焊縫的方向；模鍛件的金屬流線方向由供方標(biāo)記或通過(guò)金相檢測(cè)方法確定?！卞懠脑嚇涌稍阱懠难娱L(zhǎng)部分切取，或在額外生產(chǎn)的取樣件上切取。采用機(jī)加工或沖孔等不改變金屬流線的方式加工為圓環(huán)形鍛件時(shí)，取樣位置與鍛環(huán)一致。正多邊形的鍛餅、鍛棒、擠壓棒材的取樣方向通過(guò)內(nèi)切圓確定。采用機(jī)加工或沖孔等不改變金屬流線的方式加工為圓環(huán)形鍛件時(shí)，取樣位置與鍛壓管一致。包括反擠壓鍛壓管和芯軸拔長(zhǎng)鍛壓管，當(dāng)采用擴(kuò)、軋、擠、拔等方式組合生產(chǎn)時(shí)，按最終決定金屬流向的生產(chǎn)方式確定產(chǎn)品類型。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——金屬流線方向(產(chǎn)品縱向);S——垂直于金屬流線的橫截面短邊方向(產(chǎn)品高向);T——垂直于S方向和L方向(產(chǎn)品橫向)。圖8軋制板材、矩形鍛件、擠壓扁棒、擠壓板材的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——金屬流線方向(產(chǎn)品徑向);S——垂直于金屬流線的橫截面短邊方向(產(chǎn)品高向);T——垂直于S方向和L方向。圖9圓鍛餅的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——金屬流線方向；S——垂直于金屬流線的橫截面短邊方向(產(chǎn)品高向);T——垂直于S方向和L方向。圖10正多邊形鍛餅的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——金屬流線方向(產(chǎn)品縱向);S——垂直于金屬流線的橫截面徑向(產(chǎn)品徑向);T——垂直于S方向和L方向。圖11圓鍛棒、擠壓圓棒的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——金屬流線方向(產(chǎn)品縱向);S——垂直于金屬流線的橫截面內(nèi)切圓徑向；T——垂直于S方向和L方向。圖12正多邊形鍛棒、擠壓正多邊形棒的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明；L——金屬流線方向；S——垂直于金屬流線的橫截面短邊方向(產(chǎn)品徑向);T——垂直于S方向和L方向(產(chǎn)品高向)。圖13鍛環(huán)(高度與壁厚比大于2)、軋環(huán)的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——金屬流線方向；S——垂直于金屬流線的橫截面短邊方向(產(chǎn)品高向);T——垂直于S方向和L方向(產(chǎn)品徑向)。圖14鍛環(huán)(高度與壁厚比不大于2)的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——金屬流線方向(產(chǎn)品縱向);S——垂直于金屬流線的橫截面徑向(產(chǎn)品徑向);T——垂直于S方向和L方向。圖15鍛壓管、擠壓管材的緊湊拉伸試樣取樣方向示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——產(chǎn)品縱向(金屬流線方向);S——垂直于金屬流線的橫截面高度方向(產(chǎn)品高向);T——垂直于S方向和L方向(產(chǎn)品橫向);b?——型材寬度尺寸1;b?——型材寬度尺寸2;t?——型材厚度尺寸1;t?——型材厚度尺寸2。圖16擠壓型材在最大壁厚的中心處切取(L-T方向)緊湊拉伸試樣示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：L——產(chǎn)品縱向(金屬流線方向);S——垂直于金屬流線的橫截面高度方向(產(chǎn)品高向);T——垂直于S方向和L方向(產(chǎn)品橫向)。圖17擠壓型材在較大寬度的壁厚中心處切取(L-T方向)緊湊拉伸試樣示意圖7.1.3.1試樣加工時(shí)避免冷作硬化或過(guò)熱對(duì)材料力學(xué)性能產(chǎn)生影響。7.1.3.2當(dāng)可熱處理強(qiáng)化鋁合金產(chǎn)品(或樣坯)在熱處理過(guò)程中沒(méi)有消除應(yīng)力時(shí)，宜在試樣缺口加工前后測(cè)量試樣高度h?與h?(見(jiàn)圖18),并計(jì)算試樣高度變化值△h(△h=h?-h?)。b)加工缺口后a)加工缺口前圖18緊湊拉伸試樣加工缺口前、后示意圖7.2測(cè)試步驟7.2.1.1沿著預(yù)期的裂紋擴(kuò)展線，在3個(gè)等間隔位置測(cè)量試樣厚度，精確至0.02mm或0.1%(以較大者為準(zhǔn)),計(jì)算3個(gè)試樣厚度測(cè)試值的平均值，記為試樣厚度(B)。7.2.1.2在靠近缺口處3個(gè)位置測(cè)量試樣寬度，精確至0.02mm或0.1%(以較大者為準(zhǔn)),計(jì)算3個(gè)位置試樣寬度測(cè)量結(jié)果的平均值，記為試樣寬度(W)。安裝試樣前，載荷讀數(shù)應(yīng)置零。將試樣安裝在U型鉤夾具槽口的中間，試樣幾何中心與槽口中間面的偏離應(yīng)控制在±0.8mm范圍內(nèi)，試樣與槽口兩側(cè)內(nèi)壁不應(yīng)接觸。將引伸計(jì)安裝在試樣刀口處，刀口尖端應(yīng)卡入引伸計(jì)懸臂凹槽根部。當(dāng)需要在預(yù)制疲勞裂紋期間參考GB/T6398—2017規(guī)定的柔度法實(shí)時(shí)測(cè)量裂紋長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)在預(yù)制疲勞裂紋前安裝引伸計(jì)，引伸計(jì)讀數(shù)應(yīng)置零，否則可在預(yù)制疲勞裂紋后安裝引伸計(jì)。7.2.4疲勞裂紋預(yù)制7.2.4.1選用0<R<1的應(yīng)力比預(yù)制疲勞裂紋時(shí)，可使用U型鉤夾具。使用其他夾具時(shí)，應(yīng)進(jìn)行K校準(zhǔn)，K校準(zhǔn)結(jié)果的誤差應(yīng)不大于5%。7.2.4.2可在恒定載荷或K控制條件下單階段或多階段預(yù)制疲勞裂紋。疲勞裂紋預(yù)制應(yīng)符合表5規(guī)定。實(shí)施K控制的方法見(jiàn)GB/T6398—2017。表5疲勞裂紋預(yù)制要求要求應(yīng)力比(R)全過(guò)程的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kmx)≤0.8Kα*最后階段(0.0125W)的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子(K;)≤0.6Kα*試樣的Kα值需要在試驗(yàn)完成后才能確定，可采用保守的估計(jì)值[如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)規(guī)定的Ki指標(biāo)]計(jì)算Kmx與K;的上限以確保滿足要求。7.2.4.3多階段預(yù)制裂紋時(shí)，每次降低最大應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kmx)的幅度宜不大于20%。7.2.4.4按7.1.3.2測(cè)得的△h不小于0.08mm時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果可能受殘余應(yīng)力影響，宜選用0.1<R≤0.7的應(yīng)力比預(yù)制疲勞裂紋，以獲得較平直的疲勞裂紋，減小殘余應(yīng)力對(duì)試驗(yàn)的影響。注：試驗(yàn)結(jié)果受殘余應(yīng)力影響時(shí)，選用R=0.1的應(yīng)力比預(yù)制的疲勞裂紋一般具有較大的彎曲度(即試樣內(nèi)部裂紋比表面裂紋長(zhǎng)得多),此時(shí)測(cè)得的K。值一般高于選用0.1<R≤0.7的應(yīng)力比預(yù)制疲勞裂紋的試樣測(cè)得的以0.55MPa·m2/s～2.75MPa·m÷/s范圍內(nèi)的應(yīng)力強(qiáng)度因子速率(K)(或與其相當(dāng)?shù)妮d荷速率、橫梁位移速率)對(duì)試樣連續(xù)加載，并記錄力-位移(F-V)曲線。采用橫梁位移速率時(shí)，K會(huì)在裂紋開(kāi)始擴(kuò)展后下降，以試樣彈性變形階段的K為準(zhǔn)。力-位移曲線彈性段的初始部分非線性時(shí)，經(jīng)供需雙方協(xié)商，可按表1重新確定試樣尺寸。7.2.6.1試樣斷裂后，沿著試樣厚度從一側(cè)表面到另一側(cè)表面每間隔1/4厚度處測(cè)量裂紋長(zhǎng)度(見(jiàn)圖19),記為a;(i=1,2,…,5),精確至0.05mm或0.5%(以較大者為準(zhǔn)),按公式(1)計(jì)算裂紋長(zhǎng)度(a),數(shù)值以毫米(mm)表示，計(jì)算結(jié)果表示到小數(shù)點(diǎn)后兩位，數(shù)值修約按GB/T8170的規(guī)定進(jìn)行。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——預(yù)制的疲勞裂紋；2——斷口；3——緊湊拉伸試樣的加力線。圖19緊湊拉伸試樣的裂紋測(cè)量位置示意圖7.2.6.2測(cè)量并記錄最小裂紋擴(kuò)展量、裂紋平面(包括疲勞裂紋與后續(xù)的2%裂紋擴(kuò)展)與起始缺口平面的夾角(θ?)(見(jiàn)圖20)。應(yīng)在試樣中間的平直斷裂區(qū)域測(cè)量θ?,不包括試樣表面剪切唇(見(jiàn)圖21)。注：有些材料(如2024T351)的試樣表面可能因局部塑性變形產(chǎn)生剪切唇。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：O?——裂紋平面與起始缺口平面的夾角；1——裂紋平面；2——起始缺口平面?！皥D中裂紋平面與起始缺口平面平行，無(wú)法標(biāo)記θa。b)θ?大于10°(不符合要求)圖20緊湊拉伸試樣裂紋平面與起始缺口平面夾角示意圖標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——試樣表面剪切唇；2——試樣中間的平直斷裂區(qū)域。圖21試樣表面剪切唇的典型圖示7.2.6.3檢查并記錄是否出現(xiàn)多條裂紋。7.2.6.4裂紋應(yīng)滿足表6要求。當(dāng)試樣兩側(cè)表面都出現(xiàn)裂紋，兩側(cè)表面裂紋都比三個(gè)內(nèi)部裂紋短，且任一表面裂紋小于0.85a時(shí)；或按7.1.3.2測(cè)得的△h不小于0.08mm時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果可能受殘余應(yīng)力影響，可按公式(2)計(jì)算裂紋長(zhǎng)度修正值(a'),數(shù)值以毫米(mm)表示，計(jì)算結(jié)果表示到小數(shù)點(diǎn)后兩位，數(shù)值修約按GB/T8170的規(guī)定進(jìn)行。該修正值僅用于計(jì)算7.3.3.2中的Kα值，不應(yīng)作為計(jì)算有效K?值的裂紋長(zhǎng)度(a)。表6裂紋要求要求裂紋長(zhǎng)度(a)0.45W～0.55W內(nèi)部裂紋長(zhǎng)度差異az、a?、a?三者中最大者與最小者之差不大于0.la表面裂紋長(zhǎng)度a?與as均在0.85a～1.15a范圍內(nèi)表面裂紋長(zhǎng)度差異a?與as之差的絕對(duì)值不大于0.la裂紋擴(kuò)展量直通形缺口任何位置的裂紋擴(kuò)展量都應(yīng)不小于1.3mm或0.025W(以較大者為準(zhǔn));對(duì)于山形缺口，試樣兩側(cè)表面都應(yīng)出現(xiàn)疲勞裂紋裂紋平面與起始缺口平面夾角(θ。)不應(yīng)大于10°裂紋數(shù)量只準(zhǔn)許一條從缺口根部開(kāi)始擴(kuò)展的裂紋7.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理作力-位移曲線(曲線分3種類型，見(jiàn)圖22)線性部分的最佳擬合直線OA,與位移軸交于O點(diǎn)，從O點(diǎn)出發(fā)畫(huà)一條斜率(F/V);等于0.95(F/V)。的割線OFs,與力-位移曲線交于Fs,其中(F/V)。是OA的斜率，如果力-位移曲線上在F;之前的每一個(gè)點(diǎn)的力均小于Fs(見(jiàn)圖22中I型曲線),則取Fα=Fs;如果F?之前有一個(gè)最大力超過(guò)F?(見(jiàn)圖22中Ⅱ型曲線和Ⅲ型曲線),則取該最大力為Fα。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：OA——力-位移曲線線性部分最佳擬合直線；I——I型曲線；1——試樣存在殘余壓應(yīng)力等原因?qū)е铝?位移曲線的初始非線性；2——試樣存在殘余張應(yīng)力等原因?qū)е铝?位移曲線的初始非線性。圖22力-位移曲線示例當(dāng)按7.1.3.2測(cè)得的△h不小于0.08mm時(shí)，可將原點(diǎn)移動(dòng)至原始力-位移曲線的△h與其對(duì)應(yīng)的載荷處以重建力-位移曲線(見(jiàn)圖23),然后按7.3.1分析獲得新的Fα,即為Fa。GB/T42914—2023F'——修正后的力；1——新坐標(biāo)系的原點(diǎn)。圖23重建力-位移曲線及分析示意圖7.3.3計(jì)算K?值7.3.3.1緊湊拉伸試樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)按公式(3)計(jì)算，數(shù)值以兆帕二分之一次方米(MPa·m)表示，將F。值代入公式(3)計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度因子(K),即為K。值。式中：F——載荷，單位為千牛(kN);B——試樣厚度，單位為毫米(mm);W試樣寬度，單位為毫米(mm);a——裂紋長(zhǎng)度，單位為毫米(mm)。7.3.3.2按7.2.6.4判斷試驗(yàn)結(jié)果可能受殘余應(yīng)力影響時(shí)，可采用裂紋長(zhǎng)度修正值(a')代替公式(3)中的裂紋長(zhǎng)度(a),計(jì)算Kq的修正值(Kαc)。7.3.3.3當(dāng)按7.1.3.2測(cè)得的△h不小于0.08mm,且預(yù)制疲勞裂紋的應(yīng)力比R≤0.1時(shí)，也可將Fa代入公式(3)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子(K),即為K。的修正值(Kα),但此時(shí)不準(zhǔn)許采用裂紋長(zhǎng)度修正值(a')代替公式(3)中的裂紋長(zhǎng)度(a)。7.4結(jié)果處理與結(jié)果表示7.4.1若試驗(yàn)條件符合表7規(guī)定，則Kα值等于K?值。K?值應(yīng)按GB/T8170的規(guī)定修約至0.1MPa·m。表7平面應(yīng)變斷裂韌度試驗(yàn)有效性條件類別試驗(yàn)有效性條件條件序號(hào)試樣尺寸試樣韌帶尺寸(W-a)1載荷比(Fmx/Fα)2疲勞裂紋預(yù)制應(yīng)力比(R)3全過(guò)程的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kmx)4最后階段(0.0125W)的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kr)5加載加載速率0.55MPa·m2/s～2.75MPa·m2/s6裂紋裂紋長(zhǎng)度(a)7內(nèi)部裂紋長(zhǎng)度差異az、a?、a?三者中最大者與最小者之差不大于8表面裂紋長(zhǎng)度a?與as均在0.85a～1.15a范圍內(nèi)9表面裂紋長(zhǎng)度差異a?與as之差的絕對(duì)值不大于0.la裂紋擴(kuò)展量直通形缺口任何位置的裂紋擴(kuò)展量都應(yīng)不小于1.3mm或0.025W,以較大者為準(zhǔn)；對(duì)于山形缺口，試樣兩側(cè)表面都應(yīng)出現(xiàn)疲勞裂紋裂紋平面與起始缺口平面夾角(θ?)不應(yīng)大于10°裂紋數(shù)量只準(zhǔn)許一條從缺口根部開(kāi)始擴(kuò)展的裂紋試樣韌帶尺寸宜符合W-a≥5(Kg/Rpoz)2的要求。7.4.2當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果不符合表7中條件序號(hào)為1、2、5、7的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)，但符合其他項(xiàng)試驗(yàn)有效性條行Kg”的條件時(shí)，由供需雙方協(xié)商是否可用于判斷產(chǎn)品斷裂韌度是否合格，并在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中注明，當(dāng)不準(zhǔn)許使用Kα值判斷產(chǎn)品斷裂韌度是否合格時(shí)，應(yīng)重新取樣進(jìn)行試驗(yàn)。K。值應(yīng)按GB/T8170的規(guī)定修約至0.1MPa·m÷。表7中條件序號(hào)試驗(yàn)有效性條件評(píng)定“批產(chǎn)放行Kg”條件試樣韌帶尺寸(W-a)1試樣寬度(W)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)規(guī)定，或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)沒(méi)有規(guī)定時(shí)已取至最大”載荷比(Fmx/Fq)2試樣厚度(B)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)規(guī)定，或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)沒(méi)有規(guī)定時(shí)已取至最大”最后階段(0.0125W)的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kr)5裂紋長(zhǎng)度(a)7按表2選擇可切取的最大試樣寬度(W),允許5mm加工余量?！幢?選擇可切取的最大試樣厚度(B),允許5mm加工余量。7.4.3當(dāng)試驗(yàn)受殘余應(yīng)力影響時(shí)，按7.3.3.2或7.3.3.3計(jì)算的Kaα值，以及使用R>0.1的K。值是否可用于產(chǎn)品放行，由供需雙方協(xié)商確定。Kac值應(yīng)按GB/T81700.1MPa·m2預(yù)制裂紋獲得的規(guī)定修約至8平面應(yīng)力斷裂韌度試驗(yàn)方法8.1采用中心裂紋試樣的試驗(yàn)方法8.1.1試樣形狀及尺寸8.1.1.1試樣形狀、試樣尺寸應(yīng)符合圖24的規(guī)定。試樣的裂紋長(zhǎng)度(a)是裂紋兩側(cè)尖端根部距離(2a)的一半。a)使用多排螺栓夾具b)使用單銷釘夾具標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：W——試樣寬度；d——中心孔的直徑；a——裂紋長(zhǎng)度；1——試樣寬度中心線。圖24中心裂紋試樣示意圖8.1.1.2應(yīng)在試樣中心孔加工整體刀口或使用附加刀口，以安裝引伸計(jì)，見(jiàn)圖25。位移測(cè)量點(diǎn)的初始跨距(2Y。)是在對(duì)試樣加載前測(cè)得的位移測(cè)量點(diǎn)的跨距(2Y),2Y?應(yīng)與引伸計(jì)的測(cè)量范圍相匹配。在試樣加載期間，位移測(cè)量點(diǎn)的半跨距(Y)等于2Y?加上引伸計(jì)測(cè)得的位移(V)之和的一半。a)整體刀口示例1b)整體刀口(較厚試樣可選)示例2c)附加刀口標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：B——試樣厚度；Y——位移測(cè)量點(diǎn)的半跨距。圖25中心裂紋試樣刀口示意圖8.1.1.3試樣的疲勞裂紋起始缺口及包跡線見(jiàn)圖26。a)在中心孔處加工整體刀口b)使用附加刀口標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：d?——中心孔整體刀口刀尖位置的直徑；d?——采用附加刀口時(shí)中心孔的直徑；a?——初始裂紋長(zhǎng)度；1—-裂紋擴(kuò)展；2——包跡線；3——疲勞裂紋起始缺口。d?應(yīng)大于引伸計(jì)夾持位置的直徑，d?應(yīng)不小于3mm,疲勞裂紋起始缺口兩側(cè)根部的中點(diǎn)與試樣寬度中心線的距離應(yīng)不大于0.002W,缺口根部半徑宜不大于0.10mm。圖26中心裂紋試樣疲勞裂紋起始缺口及包跡線8.1.1.4試樣初始裂紋兩側(cè)尖端根部的距離(2a?,等于疲勞裂紋起始缺口兩側(cè)根部的距離加上兩側(cè)的裂紋擴(kuò)展量)應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)無(wú)規(guī)定時(shí)，2a。應(yīng)在0.25W～0.40W范圍內(nèi)，宜為0.25W。8.1.1.5試樣厚度(B)應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)無(wú)規(guī)定時(shí)，當(dāng)產(chǎn)品厚度不大于6.35mm時(shí)試樣厚度應(yīng)等于產(chǎn)品厚度，否則試樣厚度為6.35mm。8.1.1.6試樣寬度(W)應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)無(wú)規(guī)定時(shí)，試樣寬度宜為400mm,應(yīng)在380mm～406mm范圍內(nèi)。寬度在380mm～406mm范圍內(nèi)的試樣可能無(wú)法測(cè)得有效的平面應(yīng)力斷裂韌度，當(dāng)需要測(cè)得有效的平面應(yīng)力斷裂韌度時(shí)，可根據(jù)預(yù)期的最大Kg值(Kgmx)和規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(Ro2)具體選定試樣寬度，表9給出了最小試樣寬度推薦值。表9可測(cè)定有效平面應(yīng)力斷裂韌度的試樣寬度推薦值KRmax/R.m2mm試樣取樣方向、取樣位置應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中未規(guī)定取樣方向時(shí)，按表10規(guī)定取L-T方向與T-L方向的試樣；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中未規(guī)定取樣位置時(shí)，按表10規(guī)定的取樣位置切取試樣。表10平面應(yīng)力斷裂韌度試樣取樣方向和取樣位置產(chǎn)品類型取樣方向“取樣位置軋制板材見(jiàn)圖27任意位置的1/2厚度處擠壓產(chǎn)品扁棒或板材見(jiàn)圖27任意位置橫截面的1/2厚度處型材參考圖27b任意位置橫截面最大壁寬所在壁的壁厚的中心處，取樣位置應(yīng)避開(kāi)擠壓焊縫采用“兩個(gè)英文大寫(xiě)字母以短橫線相連”的形式表示試樣取樣方向，即“裂紋擴(kuò)展預(yù)期平面的垂線方向-裂紋擴(kuò)展預(yù)期方向”,以字母“L”代表產(chǎn)品的金屬流線方向；以字母“S”代表垂直于金屬流線的產(chǎn)品橫截面短邊(或橫截面高度)方向；以字母“T”代表垂直于“S”和“L”的方向。”擠壓型材從最大壁寬所在壁切取矩形樣坯后參考圖27確定試樣取樣方向。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：S——垂直于金屬流線的橫截面短邊方向(產(chǎn)品高向);L——金屬流線方向(產(chǎn)品縱向);T——垂直于S方向和L方向(產(chǎn)品橫向)。圖27軋制板材、擠壓扁棒、擠壓板材的中心裂紋試樣取樣方向示意圖試樣加工時(shí)避免冷作硬化或過(guò)熱對(duì)材料力學(xué)性能產(chǎn)生影響，試樣需要熱處理時(shí)，應(yīng)在熱處理后加工缺口。8.1.4.1.1沿著預(yù)期的裂紋擴(kuò)展線，在兩側(cè)缺口根部和試樣邊緣之間至少各測(cè)量1個(gè)位置的厚度，取其平均值，記為試樣厚度(B),精確至0.5%。8.1.4.1.2在缺口平面處測(cè)量試樣寬度(W),精確至0.5%。8.1.4.1.3測(cè)量位移測(cè)量點(diǎn)的初始跨距(2Y。,可在疲勞裂紋預(yù)制后測(cè)量),精確至0.02mm。8.1.4.2.2安裝試樣時(shí)應(yīng)保證試樣寬度中心線與夾持系統(tǒng)中心線重合(見(jiàn)圖3),并保持試樣平直，避免翹曲或扭彎。8.1.4.2.3試樣寬度不大于406mm且試樣厚度不小于5mm時(shí)，可不安裝防翹曲裝置；其他情況下應(yīng)安裝防翹曲裝置，并在試樣與裝置之間加入潤(rùn)滑介質(zhì)，如聚四氟乙烯塑料薄膜或重油，在試驗(yàn)期間潤(rùn)滑介質(zhì)不應(yīng)進(jìn)入裂紋。適當(dāng)調(diào)整裝置的壓力，以防止試樣翹曲，并避免產(chǎn)生過(guò)大摩擦。引伸計(jì)安裝應(yīng)符合7.2.3的規(guī)定。8.1.4.4.1產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)規(guī)定不預(yù)制疲勞裂紋時(shí)，按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)執(zhí)行，否則應(yīng)預(yù)制疲勞裂紋。8.1.4.4.3可在恒定載荷或K控制條件下單階段或多階段預(yù)制疲勞裂紋，預(yù)制疲勞裂紋時(shí)最大應(yīng)力強(qiáng)度因子(Km)應(yīng)不大于16.5MPa·m。多階段預(yù)制疲勞裂紋時(shí)，最后一個(gè)階段的Kmx下降幅度應(yīng)不大于30%,裂紋擴(kuò)展量應(yīng)不小于0.65mm,循環(huán)次數(shù)宜不小于5000次。實(shí)施K控制的方法見(jiàn)8.1.4.4.4缺口兩端的裂紋擴(kuò)展量都應(yīng)不小于1.3mm,當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)規(guī)定了裂紋長(zhǎng)度時(shí)，在試樣表面測(cè)得的裂紋長(zhǎng)度應(yīng)不小于規(guī)定裂紋長(zhǎng)度且與規(guī)定裂紋長(zhǎng)度的差值應(yīng)不大于0.0125W或2.5mm(以較大者為準(zhǔn))。機(jī)加工缺口應(yīng)在圖26所示的包跡線范圍內(nèi)。以0.55MPa·m=/s～2.75MPa·m=/s范圍內(nèi)的應(yīng)力強(qiáng)度因子速率(K)(或與其相當(dāng)?shù)妮d荷速率、橫梁位移速率)對(duì)試樣連續(xù)加載，并記錄力-位移(F-V)曲線。采用橫梁位移速率時(shí)，K會(huì)在裂紋開(kāi)始擴(kuò)展后下降，以試樣彈性變形階段的K為準(zhǔn)?？蓪?duì)試樣卸載(見(jiàn)圖28中曲線1與曲線2,在塑性段卸載時(shí)，一般卸載到卸載前試驗(yàn)力的約80%;在彈性段卸載時(shí)，可完全卸載),以檢查試樣翹曲情況，如果出現(xiàn)以下任意一種情況，則說(shuō)明試樣翹曲情況會(huì)明顯影響試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)對(duì)防翹曲裝置進(jìn)行調(diào)整： 卸載、重新加載的力-位移(F-V)曲線的斜率相差大于2%:——卸載或重新加載的力-位移曲線非線性；——卸載和重新加載的力-位移曲線形成環(huán)路(見(jiàn)圖28中曲線2)。F標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1—-曲線1(試樣無(wú)明顯翹曲的曲線);2——曲線2(試樣翹曲，與裝置發(fā)生明顯摩擦的曲線);3——在彈性段或塑性段的局部卸載再加載的幅度。圖28檢查試樣翹曲示例8.1.4.7.1試樣斷裂后，在試樣1/2厚度處和兩個(gè)1/4厚度處測(cè)量裂紋長(zhǎng)度，計(jì)算三個(gè)裂紋長(zhǎng)度測(cè)量值的平均值，記為初始裂紋長(zhǎng)度(ao)。如果兩個(gè)表面裂紋長(zhǎng)度的平均值與三個(gè)內(nèi)部裂紋長(zhǎng)度的平均值的差異不大于1.0%,也可以取兩個(gè)表面裂紋長(zhǎng)度的平均值作為初始裂紋長(zhǎng)度(ao)。裂紋長(zhǎng)度測(cè)量精確至0.2mm。8.1.4.7.2檢查裂紋是否超出起始缺口平面10°(從機(jī)加工缺口根部開(kāi)始)范圍，如果超出，測(cè)量并記錄臨界點(diǎn)到參考平面的距離(ap),見(jiàn)圖29,如果兩側(cè)都超出，則記錄較小的值為a值。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：apm——臨界點(diǎn)到初始裂紋兩側(cè)根部中點(diǎn)的距離；1——臨界點(diǎn)；2——裂紋；3——參考平面(經(jīng)過(guò)試樣寬度中心線的平面)。注：裂紋包括疲勞裂紋和試樣加載時(shí)產(chǎn)生的裂紋兩部分。圖29中心裂紋試樣斷裂后裂紋偏離起始缺口平面臨界點(diǎn)測(cè)量示意圖8.1.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理8.1.5.1確定力-位移曲線線性部分的切線及O點(diǎn)通過(guò)線性擬合得到力-位移(F-V)曲線線性部分的切線，確定切線與位移軸的交點(diǎn)(O點(diǎn)),見(jiàn)圖30。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——力-位移曲線；2——曲線線性部分的切線；3——在曲線初始線性部分以外選擇的任意分析點(diǎn)；4——通過(guò)分析點(diǎn)與O點(diǎn)的割線。圖30力-位移曲線及分析示意圖GB/T42914—2023滿足0.2≤2a/W≤0.8及Y/W≤0.5條件時(shí)，將力-位移曲線線性部分的切線斜率(△F/△V)。與初始裂紋長(zhǎng)度(a?)代入公式(4)計(jì)算中心裂紋試樣的有效彈性模量(E),數(shù)值以吉帕(GPa)表示。如果不滿足0.9≤Ec/E≤1.1(E為彈性模量),應(yīng)檢查力、位移、試樣尺寸、裂紋長(zhǎng)度、擬合計(jì)算過(guò)程等，重新計(jì)算或重新取樣試驗(yàn)，直至滿足要求。式中：△F/△V——力-位移(F-V)曲線的切線或割線的斜率，單位為千牛每毫米(kN/mm);B——試樣厚度，單位為毫米(mm);W——試樣寬度，單位為毫米(mm);Y——位移測(cè)量點(diǎn)的半跨距，單位為毫米(mm);a——裂紋長(zhǎng)度，單位為毫米(mm);v——鋁合金材料的泊松比。8.1.5.3計(jì)算有效裂紋長(zhǎng)度(a8.1.5.3.1在力-位移曲線上選取初始線性部分以外的特定數(shù)據(jù)點(diǎn)(例如力值最大的點(diǎn))作為分析點(diǎn)，見(jiàn)圖30,計(jì)算通過(guò)分析點(diǎn)與O點(diǎn)的割線的斜率(△F/△V)。8.1.5.3.2選取一個(gè)用來(lái)迭代計(jì)算的裂紋長(zhǎng)度區(qū)間，區(qū)間下限記為au,區(qū)間上限記為au,區(qū)間中點(diǎn)記8.1.5.3.3將割線的斜率(△F/△V)與am代入公式(4)計(jì)算區(qū)間中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的有效彈性模量(Em)。8.1.5.3.4若En=E,或au與an的差值小于0.0001mm,迭代終止。否則，若E>E,則選取裂紋長(zhǎng)度區(qū)間[au,am]作為下一次計(jì)算的裂紋長(zhǎng)度區(qū)間；若Em<E,則選取裂紋長(zhǎng)度區(qū)間[ay,au]作為下一次計(jì)算的裂紋長(zhǎng)度區(qū)間。8.1.5.3.5按8.1.5.3.2～8.1.5.3.4迭代計(jì)算ai與au,首次計(jì)算時(shí)取au=0.1W,au=0.4W,am=0.25W,直至迭代終止，以迭代終止時(shí)的裂紋長(zhǎng)度區(qū)間中點(diǎn)(am)作為該分析點(diǎn)的有效裂紋長(zhǎng)度(a。)。8.1.5.4計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)F——載荷，單位為千牛(kN);B——試樣厚度，單位為毫米(mm);W——試樣寬度，單位為毫米(mm);a——裂紋長(zhǎng)度，單位為毫米(mm)。8.1.5.5計(jì)算塑性區(qū)尺寸(ry)與物理裂紋長(zhǎng)度(ap)8.1.5.5.1物理裂紋長(zhǎng)度(ap)按公式(6)計(jì)算，數(shù)值以毫米(mm)表示。ap=ae—ryGB/T42914—2023式中：8.1.5.5.2將分析點(diǎn)的力值與物理裂紋長(zhǎng)度(ap)代入公式(5)計(jì)算K(ap)?！?7)分析點(diǎn)的凈截面應(yīng)力有效性判據(jù)(R、)按公式(8)計(jì)算。 F——分析點(diǎn)的載荷，單位為千牛(kN);Ro?——材料的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)。8.1.5.7.1將分析點(diǎn)的力值與有效裂紋長(zhǎng)度(ae)代入公式(5)計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)即為KR。8.1.5.7.2采用力-位移(F-V)曲線上最大力對(duì)應(yīng)的分析點(diǎn)計(jì)算的Kg即為Kc,若試樣在最大力下產(chǎn)生了過(guò)大的裂紋擴(kuò)展(即發(fā)生突進(jìn)，見(jiàn)圖31),則應(yīng)采用首個(gè)達(dá)到最大力的點(diǎn)作為分析點(diǎn)。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——首個(gè)達(dá)到最大力的點(diǎn)；2——最大力下發(fā)生的突進(jìn)。圖31最大力下的突進(jìn)示意圖8.1.5.7.3采用最大力對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為分析點(diǎn)，將最大力與初始裂紋長(zhǎng)度(ao)代入公式(5)計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)即為K。8.1.5.8.1在力-位移曲線初始線性部分以外選擇多個(gè)分析點(diǎn)計(jì)算Kg和△a。,其中有效裂紋擴(kuò)展△a。=ac-a?,相鄰分析點(diǎn)之間的斜率下降幅度應(yīng)大致相等，分析點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于20,宜不少于50。8.1.5.8.2以KR-△a。數(shù)據(jù)組中達(dá)到指定有效裂紋擴(kuò)展量之前的最大的△a.對(duì)應(yīng)的KR作為指定有效裂紋擴(kuò)展量△a。下的Kg值，或通過(guò)線性插值計(jì)算KR值(見(jiàn)圖32)。Ad:標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：2——因Rv>1無(wú)效的(△ae,Kg)點(diǎn)；4——線性插值方法計(jì)算的指定有效裂紋擴(kuò)展量△a。下的Kg值。圖32Kg-△a曲線示意圖8.2采用緊湊拉伸試樣的試驗(yàn)方法8.2.1試樣形狀及尺寸8.2.1.1試樣形狀見(jiàn)圖4,試樣的寬厚比(W/B)應(yīng)大于4,試樣除厚度(B)以外的尺寸應(yīng)符合圖4規(guī)定，且試樣各部位的厚度差應(yīng)不大于0.127mm或0.01W(以較大者為準(zhǔn))。8.2.1.2試樣的疲勞裂紋起始缺口應(yīng)選用直通形缺口(見(jiàn)圖5),起始缺口平面應(yīng)與相交的試樣表面垂直(偏差在士2°以內(nèi)),并與預(yù)期裂紋擴(kuò)展方向平行，缺口根部角度應(yīng)小于90°,宜不大于30°,缺口高度應(yīng)在1.6mm～W/16mm范圍內(nèi)，缺口根部半徑應(yīng)不大于0.25mm,宜不大于0.10mm。8.2.1.3起始缺口應(yīng)加工整體刀口用于安裝引伸計(jì)(見(jiàn)圖7)。8.2.1.4試樣初始裂紋長(zhǎng)度(ao)應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)無(wú)規(guī)定時(shí)，a?應(yīng)在0.35W～0.55W范圍內(nèi)。8.2.1.5試樣厚度(B)應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中無(wú)規(guī)定時(shí)，試樣厚度應(yīng)等于產(chǎn)品厚度。8.2.1.6試樣寬度(W)應(yīng)符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)的規(guī)定，當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)中無(wú)規(guī)定時(shí)，試樣寬度宜不小于80mm。試樣取樣方向、取樣位置應(yīng)符合8.1.2的規(guī)定。試樣制備應(yīng)符合8.1.3的規(guī)定。8.2.4.1.1沿著預(yù)期的裂紋擴(kuò)展線，在2個(gè)位置測(cè)量試樣厚度，計(jì)算各厚度測(cè)量值的平均值，記為試樣厚度(B),精確至0.5%。8.2.4.1.2在缺口平面處測(cè)量試樣寬度(W),精確至0.5%。8.2.4.2.2試樣厚度不小于10mm時(shí)可不安裝防翹曲裝置，否則應(yīng)安裝防翹曲裝置，并在試樣與裝置之間加入潤(rùn)滑介質(zhì)，如聚四氟乙烯塑料薄膜或重油，在試驗(yàn)期間潤(rùn)滑介質(zhì)不應(yīng)進(jìn)入裂紋。適當(dāng)調(diào)整裝置的壓力，以防止試樣翹曲，并避免產(chǎn)生過(guò)大摩擦。引伸計(jì)安裝應(yīng)符合7.2.3的規(guī)定。8.2.4.4.1產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)規(guī)定不預(yù)制疲勞裂紋時(shí)，按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)執(zhí)行，否則應(yīng)預(yù)制疲勞裂紋。8.2.4.4.2使用U型鉤夾具預(yù)制疲勞裂紋，應(yīng)力比(R)應(yīng)滿足0<R<1,宜為0.1。8.2.4.4.3裂紋擴(kuò)展量應(yīng)不小于1.3mm,當(dāng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單(或合同)規(guī)定了裂紋長(zhǎng)度時(shí)，在試樣表面測(cè)得的裂紋長(zhǎng)度應(yīng)不小于規(guī)定裂紋長(zhǎng)度且與規(guī)定裂紋長(zhǎng)度的差值應(yīng)不大于0.0125W或2.5mm(以較大者為準(zhǔn))。機(jī)加工缺口應(yīng)在圖33所示的包跡線范圍內(nèi)。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——裂紋擴(kuò)展；2——包跡線；3——疲勞裂紋起始缺口。圖33緊湊拉伸試樣的包跡線示意圖8.2.4.4.4疲勞裂紋預(yù)制還應(yīng)滿足8.1.4.4.3的規(guī)定。試樣加載應(yīng)符合8.1.4.5的規(guī)定。8.2.4.6試樣翹曲檢查試樣翹曲檢查應(yīng)符合8.1.4.6的規(guī)定。8.2.4.7裂紋測(cè)量8.2.4.7.1試樣斷裂后，在試樣1/2厚度處和兩個(gè)1/4厚度處測(cè)量裂紋長(zhǎng)度，計(jì)算三個(gè)裂紋長(zhǎng)度測(cè)量值的平均值，記為初始裂紋長(zhǎng)度(ao)。如果兩個(gè)表面裂紋長(zhǎng)度的平均值與三個(gè)內(nèi)部裂紋長(zhǎng)度的平均值的差異不大于0.5%,也可以取兩個(gè)表面裂紋長(zhǎng)度的平均值作為初始裂紋長(zhǎng)度(ao)。裂紋長(zhǎng)度測(cè)量精確至0.2mm。8.2.4.7.2檢查裂紋是否超出起始缺口平面10°(從機(jī)加工缺口根部開(kāi)始)范圍，如果超出，測(cè)量并記錄臨界點(diǎn)到參考平面的距離(a),見(jiàn)圖29(緊湊拉伸試樣的參考平面經(jīng)過(guò)試樣加力線)。8.2.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理8.2.5.1確定力-位移曲線線性部分的切線及O點(diǎn)按8.1.5.1規(guī)定確定力-位移曲線線性部分的切線及O點(diǎn)。8.2.5.2計(jì)算有效彈性模量(Ecm)按公式(9)計(jì)算緊湊拉伸試樣的有效彈性模量(E),數(shù)值以吉帕(GPa)表示。如果不滿足0.9≤Et/E≤1.1,應(yīng)檢查力、位移、試樣尺寸、裂紋長(zhǎng)度、擬合計(jì)算過(guò)程等，重新計(jì)算或重新取樣試驗(yàn)，直至滿足要求。式中：(△F/△V)?！?位移(F-V)曲線切線的斜率，單位為千牛每毫米(kN/mm);a?——初始裂紋長(zhǎng)度，單位為毫米(mm);W——試樣寬度，單位為毫米(mm);B——試樣厚度，單位為毫米(mm)。8.2.5.3計(jì)算有效裂紋長(zhǎng)度(ae)在力-位移曲線上選取初始線性部分以外的特定數(shù)據(jù)點(diǎn)(例如力值最大的點(diǎn))作為分析點(diǎn)，見(jiàn)圖30,計(jì)算通過(guò)分析點(diǎn)與O點(diǎn)的割線斜率的倒數(shù)(△V/△F),按公式(10)計(jì)算緊湊拉伸試樣的反向柔度系數(shù)(U),然后按公式(11)計(jì)算該分析點(diǎn)的有效裂紋長(zhǎng)度(ae),數(shù)值以毫米(mm)表示。式中：E——有效彈性模量，單位為吉帕(GPa);(△V/△F)—-力-位移(F-V)曲線的割線斜率的倒數(shù)，單位為毫米每千牛(mm/kN)。a=(1.0010-4.6695U+18.460U2-236.82U3+1214.90U1-2143.6U)·W8.2.5.4計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)GB/T42914—20238.2.5.5計(jì)算塑性區(qū)尺寸(ry)與物理裂紋長(zhǎng)度(ap)8.1.5.5規(guī)定的迭代計(jì)算方法也適用于緊湊拉伸試樣，但計(jì)算過(guò)程中應(yīng)將分析點(diǎn)的力值與物理裂紋長(zhǎng)度(ap)代入公式(3)計(jì)算K(ap)。8.2.5.6計(jì)算凈截面應(yīng)力有效性判據(jù)(R、)分析點(diǎn)的凈截面應(yīng)力有效性判據(jù)(R、)按公式(12)計(jì)算。式中：ry——塑性區(qū)尺寸，單位為毫米(mm);W——試樣寬度，單位為毫米(mm);ap——物理裂紋長(zhǎng)度，單位為毫米(mm)。8.2.5.7計(jì)算Kg、Kc或Kap8.2.5.7.1將分析點(diǎn)的力值與有效裂紋長(zhǎng)度(a。)代入公式(3)計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)即為KR。8.2.5.7.2采用力-位移(F-V)曲線上最大力對(duì)應(yīng)的分析點(diǎn)計(jì)算的KR即為Kc,若試樣在最大力下產(chǎn)生了過(guò)大的裂紋擴(kuò)展(即發(fā)生突進(jìn)，見(jiàn)圖31),則應(yīng)采用首個(gè)達(dá)到最大力的點(diǎn)作為分析點(diǎn)。8.2.5.7.3采用最大力對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為分析點(diǎn)，將最大力與初始裂紋長(zhǎng)度(ao)代入公式(3)計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)即為Kap8.2.5.8計(jì)算指定有效裂紋擴(kuò)展量△a。下的Kg指定有效裂紋擴(kuò)展量△a。下的Kg的計(jì)算應(yīng)符合8.1.5.8的規(guī)定。8.3結(jié)果處理與結(jié)果表示8.3.2若R>1,或試樣發(fā)生翹曲，或試驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的a。值大于按8.1.4.7.2測(cè)定的a值，則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。試樣尺寸符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求且僅因R。>1無(wú)效的試驗(yàn)結(jié)