06断裂韧性的测试原理详解.ppt

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1、06断裂韧性的测试原理详解第六章第六章 断裂韧性的测试原理断裂韧性的测试原理齐俊林Related specifications GB 4161-1984金属材料平面应变断裂韧度KIc试验方法GB 2358-1980裂纹张开位移(COD)试验方法GB 2038-1991金属材料延性断裂韧度 JIc试验方法GB/T 21143-2007金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法6 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010一 G的力学标定多试件法7 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,

2、2010 Kylinsoft,2010制备一组试样使其具有相同的外形尺寸，但其中的裂纹长度各不相同。在弹性范围内作出每个试样的载荷-位移(曲线。8 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010分别以柔度与裂纹长度为坐标轴作出柔度-裂纹长度的关系曲线。9 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010在图解法中常将柔度表达式改写成无量纲形式10 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010二 平面应变断裂韧性KIc的测试原理1 试验原理用

3、试验的材料制成一定形状和尺寸的试样，在试样上制备出相当于缺陷的裂纹，然后对试样进行加载。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KI的表达式也是确定的。在加载过程中，用测试仪器连续地记录载荷增加及裂纹扩展情况的P-V曲线(V为裂纹嘴张开位移)。将曲线上表明裂纹失稳扩展的临界状态的载荷Pq及试样断裂后测出的预制的裂纹深度a，代入应力场强度因子的表达式求出裂纹失稳扩展的临界KI值并记为Kq。然后再依据一些规定判断Kq是不是平面应变状态下的KIC，如果Kq不符合判别的要求，则仍不是KIC，需要增大试样尺寸重新试验，直到测出材料的KIC值。11 Kylin

4、soft,2010 Kylinsoft,20102 试件三点弯曲试样SENB（Single edged notched bend specimen）紧凑拉伸试样CT（Compact tension specimen）C形拉伸试样圆形紧凑拉伸试样单边缺口拉伸试样（Single edged notched tension specimen）宽板试样（curved wide plate testing）12 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,201013 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,201014 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010三点弯曲

5、试样SENB三点弯曲试样具有易于加工和便于加载的优点15 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010紧凑拉伸试样CT紧凑拉伸试样则有节省材料的好处16 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010C形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样C型拉伸试样和圆型紧凑拉伸试样分别适用于管材和棒材的试验17 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010取样和标记第一个字母表示裂纹面的法线方向第二个字母表示裂纹扩展方向18 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,201019 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010试样尺寸尺寸相对于试验材料的性

6、能应满足一定的限制条件，使试样满足平面应平面应变变及小范围屈服小范围屈服的力学条件时，才能获得该材料的稳定的KIC值。试样厚度B的要求是满足平面应变的条件之一。裂纹长度a要求是保证线性弹性断裂力学所要求的小范围屈服所必须的。韧带宽度(w-a)的大小，既能影响小范围屈服，又能影响包围塑性区的广大弹性范围的大小。20 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010裂纹制备引发裂纹的切口一般采用线切割加工，其宽度一般为0.12mm，切口顶端的尖裂纹可在高频拉伸疲劳试验机上预制。控制好疲劳载荷，裂纹长度a应在0.450.55W之间。21 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2

7、0103 试验方法22 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010紧凑拉伸试验23 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010确定临界载荷Pq过原点o作一割线，该割线的斜率比P-V曲线中直线部分的斜率低5，该割线与P-V曲线的交点为P5，若在交点P5以前P-V曲线上所有的点的载荷均低于P5，则取裂纹失稳扩展的条件载荷Pq=P5，如图12-3(c)中曲线中即为这种情形；如果在交点P5以前在P-V曲线上还有大于P5的载荷，则取其中最高的载荷为P5，如图(a)、(b)中曲线I，II就属于这种情形。24 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010确定裂纹

8、长度a断口形貌观察。在断裂的试样断口上，用放大倍数为3050的测量显微镜或工具显微镜测量裂纹的长度。因为一般的疲劳裂纹前缘呈圆弧形，要求在试样厚度的1/4、1/2、3/4三处测量，取其平均值作为有效裂纹长度。25 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,20104 试验结果的处理(1)三点弯曲试验26 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,20104 试验结果的处理(2)紧凑拉伸试验27 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,20104 试验结果的处理(3)C形拉伸试验28 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,20104 试验结果的处理(4)圆形

9、紧凑拉伸试验29 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,20105 Kq的有效性检验30 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,201031 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,201032 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,20106 利用小试件测定KIC33 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,201034 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010三 裂纹顶端张开位移c的测试原理有多种标定裂纹顶端张开位移c的方法，如单试样法、多试样法、阻力曲线法等。这里介绍单试样法标定c的原理与方法。使用三点弯曲试样，其

10、外形与KIC试样相似，制备方法也相同。35 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010不强调平面应变状态，而仅强调构件的实际应用的情况，所以试样厚度B一般取工件实际厚度，对试样宽度W及裂纹长度有如表12-3的规定，加载跨距S=4W。36 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010试样的制备方法在测定COD的国家标准中，取r=0.45。37 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010CTOD试验中的三类P-V曲线38 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010电位法确定启裂点电位法是在试样两端加一恒值稳定电流，并在裂纹两端焊上电位测

11、头。试验时，用X-Y记录仪记录P-关系曲线及裂纹两侧电位E与位移的E-关系曲线，当裂纹扩展时，E迅速增加，根据E-曲线的突变点可以确定裂纹开始扩展时的位移Vc，其原理如图所示。39 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010声发射法确定启裂点声发射法的装置原理简图示于右。试样内启裂时发出的声发射信号经探头感受后，由前置放大器再经声发射测试仪主体放大和选样，将声发射率S输入X-Y记录仪，同时输入施力点位移信号，从而可绘出S-曲线。由于声发射率峰值较多，一般采用声发射法与电位法联合确定启裂点。40 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010确定启裂点氧化发蓝法可用来

12、确定加载到P-曲线不同位置时裂纹的扩展量，从而确定启裂点。加载到P-曲线上某点处卸载取下试样，在空气介质中加热氧化到呈蓝色，然后冷却。压断试样后，断口如右图所示。由于预制疲劳裂纹的表面光滑，氧化膜颜色较浅；而试验中裂纹扩展的表面比较粗糙，氧化膜化颜色较深，故通过金相显微镜观察，很容易测出裂纹的扩展量。当观察到的裂纹扩展量近乎为零或由不同的扩展量外推到零的点应对应于启裂点。l一未氧化新断口；2一裂纹扩展断口；3一预制疲劳裂纹；4一线切割切口。41 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010四 JIc的测试原理用于J积分测定的有单试样法、多试样法、阻力曲线法等。42 Kylinso

13、ft,2010 Kylinsoft,2010(一)单试样法使用三点弯曲试样，其外形与KIC试样相似，制备方法也相同。试样尺寸测定JIc时临界点的确定方法，和测定临界CTOD一样，可通过电位法、电阻法、声发射法、氧化发蓝法等。43 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,201044 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010(二)多试样法46 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010(三)阻力曲线法47 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010作业P215-148 Kylinsoft,2010 Kylinsoft,2010此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!