断裂韧性KIC测试试验.docx
断裂韧性Kk测试试验一、实验目的1. 了解金属材料平面应变断裂韧性K】c测试的基本原理、实验装置及试样的形状和尺寸。2. 掌握K的测试过程及试验结果的处理方法。Ik/二、实验内容本试验采用标准三点弯曲试样。以40Cr或40CrNiMoA为材料的坯料，经淬火及200C回火处理，进行参数测试。对同一种热处理状态的材料，至少做3个试样。Ikz三、实验原理一平面应变断裂韧性Ac是应力场强度因子K的临界值，它表征金届材料抵抗裂纹失稳 扩展的能力。因而测试K】c的基本原理，就是把待试验的材料制成一定形状和尺寸的试样, 并在试样上预制出相当于缺陷的裂纹，然后对试样加载。由于试样及其裂纹的形状、尺寸和加载方式以及断裂部位都是预先确定的，所以其应力场强度因子K的表达式也是确 定的。在加载过程中，用测试仪器连续记录载荷增加与裂纹扩展情况的PV曲线（P 载荷，V裂纹嘴两侧刀口张开位移）。根据曲线上表明裂纹失稳扩展临界状态的载荷 Pq及试样断裂后测出的与Pq相对应的预制裂纹（半）长度a,代入应力场强度因子K】表达式， 求出裂纹失稳扩展的临界K值，记为Kq,然后再依据一些翅!定判断Kq是不是平面应变状 态下的Kq。如果Kq不符合判别的要求，则仍不是K】c，需增大试样尺寸重做试验。我国己于1984年颁布国家标准GB/T 41611984金属材料平面应变断裂韧度试 验方法，本实验将以此标准为依据。四、试样形状、尺寸及制备国家标准GBAT 4161-1984金属材料平面应变断裂韧度K©试验方法中规定了两 种测试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B）和紧凑拉伸试样（代号C（T）o 这两种试样的裂纹扩展方式都是I型的。试样的形状及各尺寸之间的关系，如图5-1所示。为了达到平面应变条件，试样厚度B必须满足下尖：B>2.5 （K /（7 ） IC y式中：仁屈服强度或仁。y0.2 s因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的K和o值，再根据上式确定试样的 ic y最小厚度B。若材料的虬。值无法估计，则可根据o / E的值来确定B的大小（见表5-1）, icy然后再确定试样的其它尺寸。试样可从机件实物上切取，或锻、铸试样毛坯。在轧制钢 材上取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。表5-1根据气/E的值推荐的试样最 小厚度Bo /E y试样最小厚度B（nun）。/E y试样最小厚度B（111111）0.0050 0.0057750.0071 0.0075320.0057 -0.0062630.0075 0.0080250.0062 0.0065500.0080 0.0085200.0065 0.0068440.0085 0.010012.50.0068 0.007138$=0.01006.5五、实验步骤1. 参观试样切割缺口及预制疲劳裂纹的设备及过程。2. 测量试样尺寸：在疲劳裂纹前缘韧带部分测量试样厚度B,在切口附近测量试样宽度W,测量3次取平均值。测量精度要求0.02mm 或0.1%B （或W） o3. 安装三点弯曲试验底座，使加载线通过跨距S的中点，偏差在1%S以内。放 置试样时应使缺口中心线正好落在跨距的中点，偏差也不得超过1%S,而且试样 与支承辍的轴线应成直角，偏差在±2。以内。4. 将载荷传感器和位移传感器的接线，分别按“全桥法”接入动态应变仪，并进 行平衡调节。用动态输出档，将载荷和位移输出讯号分别接到函数记录仪的 和当”接线柱上。调整好函数记录仪的放大比，使记录曲线的初始斜率在0.71.5 之间，最好为1,并使画出的图形大小适中。5. 开动试验机，对试样缓慢而均匀地加载（本实验弯曲压头速率0.0111H11/S）, 选择加载速度应使应力场强度因子的增加速率在0.552.75 MN-m 3/2 / s范围 内。当采用S/W=4, a/W=0.5的三点弯曲试样时，对钢件也可按0.04B-0.2B mm/ 分钟的横梁移动速度进行加载。对于某些老式试验机系统，加载时必须在PV 曲线上记录任一初载荷（由试验机测力度盘读出）和断裂载荷的数值，以便于对 PV曲线上的载荷进行标定，本实验所用测试系统不需要进行此过程。6. 加载结束后，压断试样，从3086-11型XY系列实验记录仪上取下记录的 PV曲线。六、实验数据及处理PV曲线：V(mm)1. 确定条件裂纹失稳扩展载荷Pq由于在P5之前没有别的高峰载荷，所以：PQ = P5 = 6.477 kN2. 测定临界裂纹（半）长度a 试样尺寸： ai=9.36mm 32=9.73mm a3=10.08mm34=9.73mm a5=9.69mm宽：W=19.89mm厚：B=10.02mma = (2 + 23+ aQ = ； (9.73 + 10.08 + 9.73) =9.85Jwa2. a3、34中最大值与最小值之差为：a3- 32=0352.5%W=2.5% X 19.89=0.49725 因为：a3 - a4 < 2.5%W 所以，本次试验无效3. 计算条件断裂韧性Kq己知：S = 80mm将Pq和a的值代入Ki的表达式计算Kq°对于三点弯曲试样,p。S aKQ = B.wgX 成）=史竺=0.4952W 19.89查表得=2.286.477xl03Nx80xl03m10.0 2x 10-3 m x (19.8 9x 1 O'3111 / 23-42.03MN*nf54. 判定Kq的有效性由PV曲线可读出，Pmu = 6.5631 kN,所以PxnaxPQ6.5631,伞=1.036.3764因为 ay=ab=1850MPa2所以2.5(KQ/ffy) =1.29xlO"3m>B,所以,本次试验无效七、思考题1、本试验的重点是什么？答：绘图时，要注意笔应在图纸的原点上。测量试样尺寸时，要注意试样截面的裂纹。2、为什么载荷传感器和应变引伸需要经常校验？答：为了保证画图的准确，同时也确保可以清晰地画在图上。3、为何所测定的被称为裂纹“半”长度？答：裂纹长度a约为试样宽W的一半，故称为裂纹“半”长度。
