高压气瓶母材、焊缝和热影响区的平面应变断裂韧度实验研究
平面应变断裂韧性KIC试验结果解析
平面应变断裂韧性K IC试验结果解析◎张立文一、断裂韧性工程设计中使用屈服强度σ0.2确定构件的许用应力[σ]，在许用应力以下构件就不会发生塑性变形，更不会发生断裂。
然而事实并非如此，高强度材料的构件有时会在应力远远低于屈服强度的状态下发生脆性断裂；中低强度材料的重型构件及大型结构件也有类似的断裂。
屈服强度仅能保证构件不发生塑性变形及随后的韧性断裂，却不能防止脆性，延伸率、断面收缩率、冲击韧性、缺口敏感性等指标也是基于无裂纹理想的试样测得，加之具体工作条件不同，也很难确定这些性能指标。
1.断裂韧性含义。
无论是韧性断裂还是脆性断裂，其断裂过程均包含裂纹形成和扩展两个阶段，大量事例和实验分析说明，低应力脆性断裂总是由材料中宏观裂纹的扩展引起的，断裂力学就是以构件中存在宏观缺陷为讨论问题的出发点，运用连续介质力学的弹性理论，考虑材料的不连续型，研究材料裂纹扩展的规律，确定能反映材料抗裂纹性能的指标及其测试方法以控制和预防构件的断裂。
断裂韧性就是断裂力学用于表征反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的性能指标。
. 2.K IC的意义。
根据缺口效应，应用弹性力学理论，研究含有裂纹材料的应力应变状态和裂纹扩展规律的线弹性断裂力学，在特定条件下，通过计算定义了表示裂纹前端应力场强弱的因子，简称应力场强度因子KⅠ，KⅠ是一个能量指标。
裂纹扩展有三种形式，张开性、滑开型和撕开型，其相应的应力场强度因子也不同，分别以KΙ、KⅡ、KⅢ表示，KΙ是正应力作用下，裂纹在张开性扩展时的应力场强度因子。
张开性扩展是最危险的，容易引起低应力脆断，材料对这种裂纹扩展的抗力最低。
因此，即使是其它形式的裂纹扩展，也常按Ι型处理。
研究计算表明，材料在平面应变状态下，裂纹前端处于三向拉应力状态，这时材料塑性变形比较困难，裂纹容易扩展，显得特别脆，是一种危险的应力状态。
如果裂纹尖端处于平面应变状态，则断裂韧性的数值最低，称之为平面应变断裂韧性，用K IC表示。
20MnSiV_级钢筋焊缝和热影响区拉伸脆性断裂的分析
20MnSiVⅢ级钢筋焊缝和热影响区拉伸脆性断裂的分析秦 斌 盛光敏 龚士弘(重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)摘 要 分析了Φ32mm20MnS iVⅢ级钢筋搭接焊试样拉力试验断口—焊缝和热影响区脆性断裂。
断口处H V硬度试验和扫描电镜观察表明,焊缝和热影响区存在大量魏氏组织和贝氏体2马氏体是拉伸脆性断裂的主要原因,夹杂物向晶界偏聚导致沿晶脆性断裂,小热量输入多道焊接可改善热影响区的组织和韧性。
关键词 钢筋 搭接焊 拉伸脆性断裂An Analysis on T ensile B rittle Fracture of Welding Seam and H eatA ffected Area of Steel20MnSiVⅢG rade R einforcedB arQin Bin,Sheng G uangmin and G ong Shihong(C ollege of Material Science and Engineering,Chongqing University,Chongqing400044)Abstract The fracture of steel20MnS iVΦ32mm III grade rein forced bar bundle welding sam ple tensile testing-brittle fracture of welding seam and heat affected area has been analyzed.The H V hardness test and SE M observation on fracture show that large am ount of Widmannstatten structure and bainite2martensite in welding seam and heat affected area are main causes of tensile brittle fracture,and mass inclusion segregated at grain boundary lead to intercrystalline brittle fracture.The small heat input multipass welding are available to im prove the structure and toughness of heat affected area.Material I ndex Rein forced Bar,Bundle Welding,T ensile Brittle Fracture 建筑工程中经常需要对钢筋进行焊接,钢筋焊接性能的好坏关系到建筑工程的安全。
材料平面应变断裂韧度测试的实验报告()
飞行器设计实验Ⅱ材料平面应变断裂韧度测试实验报告姓名：学号：任课教师：分组：实验地点：实验时间：2014年 4 月10 日一.实验目的:1．理解断裂韧度的概念和作用。
2．掌握平面应变断裂韧度的测量原理和方法。
3．理解试验件设计和数据处理的关键要点。
二.实验原理：本方法使用预制疲劳裂纹试样通过增加力来测定金属材料的断裂韧度（）。
力与缺口张开位移可以自动记录，也可以将数据储存到计算机。
根据对试验记录的线性部分规定的偏离来确定2% 最大表观裂纹扩展量所对应的力。
如果认为试验确实可靠，值就可以根据这个力计算。
而表征了在严格拉伸力约束下有尖裂纹存在时材料的断裂抗力。
这时：a) 裂纹尖端附近的应力状态接近于平面应变状态；b) 裂纹尖端塑性区的尺寸比裂纹尺才、试样厚度和裂纹前沿的韧带尺寸要足够小。
如图2.1所示，断裂韧性随试件厚度的增加而减少，超过一定的厚度后，断裂韧性趋于一个下限值而保持不变。
图2.1 断裂韧性随试件厚度的变化曲线测量断裂韧性的方法一般有三点弯曲和紧凑拉伸两种实验方法，这里我们采用紧凑拉伸方法，其试验件形式如下图2.2所示。
图2.2 紧凑拉伸试样图按照GB/T4161-2007，只有试样厚度（B ）和裂纹长度（a ）以及韧带尺寸（W-a ）均满足公式2-1、公式2-2和公式2-3时，试验结果才是有效的。
由于不能提前保证满足这种要求，因此，最初试验采用的试样尺寸应该是保守的，如果材料的形状不能同时满足公式2-1、公式2-2和公式2-3的要求时，则不能按照本方法进行有效的测定。
平面应变2IC S 2.5K B σ⎛⎫≥ ⎪⎝⎭2-1 小范围屈服2IC S 2.5K a σ⎛⎫≥ ⎪⎝⎭2-2 ()2IC S 2.5K W a σ⎛⎫-≥ ⎪⎝⎭ 2-3 宽度(W) 通常是厚度(B)的两倍，即W ：B=2:1。
裂纹长度在0. 45W ~0. 55W 之间,，取裂纹长度a=0.5W 。
而已知：IC S 40MPa m =330MPa K σ≈ 2-4 则代入公式2-1、公式2-2和公式2-3，得： 2B 2.536.7,36.7,36.7mmB=40mm W=80mm a=40mm Ic s K mm a mm W a σ⎛⎫≥≈ ⎪⎝⎭≥-≥令，则，按照GB/T4161-2007，缺口宽度应该在0.1W内，且应该大于1.6mm，则取为4mm。
平面应变断裂韧度K1c的测定(实验报告)
1、在试件上粘贴刀口以便能安装夹式引伸计，刀口外线间距不得超过22mm，安装夹式引伸计时要使刀口和引伸计的凹槽配合好；
2、将试样按图2—3装置安放好
图2-3三点弯曲试样试验装置示意图
3、标定夹式引伸计；
4、开动拉伸机，缓慢匀速加载，直至试样明显开裂，停机。曲线上记录下载荷和刀口张开位移之间的曲线；
0.450
2.29
0.505
2.70
0.455
2.32
0.510
2.75
0.460
2.35
0.515
2.79
0.465
2.39
0.520
2.84
0.470
2.43
0.525
2.89
0.475
2.46
0.530
2.94
0.480
2.50
0.535
2.99
0.485
2.54
0.540
3.04
0.490
2.58
6、试验结论：
1)断口形貌：具有准解理形貌，但同时也有少量微坑；
2)试验试样所得数据满足以上校核条件都满足，那么可以认为本试验有效，即可知：K1C=KQ=83.38MPam1/2。
五、试验心得
通过此次试验，我已经掌握如何运用三点弯曲试验装置测量材料的断裂韧度，验证了所学知识---裂纹扩展的机理，加深了理解。由于第一次做这样的实验，之前很多地方不懂或者掌握的不太清楚。在实验过程中深刻体会到钱老师讲解的理论知识的重要性，同时也从实验指导老师冷老师那里学习了很多实验操作知识，收获巨大。此外，和同学共同学习、探讨、解决实验过程中出现的问题，也让我明白科研时团队合作的重要性。
(六)有效性校核
平面应变断裂韧度KⅠC的测定
平面应变断裂韧度KⅠC的测定1 实验目的利用预制好疲劳裂纹的试样测定金属材料的平面应变断裂韧度K IC2 实验设备1、万能材料试验机；2、动态电阻应变仪、X-Y函数记录仪、载荷传感器及夹式引伸计；3、游标卡尺。
3 实验原理及装置对于三点弯曲试样，应力强度因子K I 的表达式为：I13/2(/)FSK Y a WBW式中：S、B、W及a分别为试样的跨度、厚度、宽度，以及试样的裂纹尺寸(如图8－3所示)；F为作用于试样中点的集中力；1(/)Y a W为形状修正系数，其值可查表得到(表8－1)。
随着外载荷F的增加，K I 随之增加。
然而K I的增加不是无限的，这种增加受到材料性能的限制，即当K I增加到某一临界值时，裂纹就会失稳扩展引起材料脆断。
这个临界值代表金属材料抵抗裂纹失稳扩展的能力，也就是材料的断裂韧度K IC。
所以在测试时，只要在试样的加载过程中，测出裂纹失稳扩展时的临界载荷F Q和试样裂纹尺寸a，就可以求出试样材料的临界应力强度因子K Q。
如果试样尺寸满足平面应变和小范围屈服条件，则此时的临界应力强度因子即为该材料的平面应变断裂韧度K IC 。
具体的做法是：对预制有疲劳裂纹的试样加载，在加载过程中用仪器记录下载荷增加和裂纹扩展情况的F －V 曲线（V －裂纹嘴张开位移）；根据曲线上裂纹失稳扩展时（临界状态）的载荷F Q 及试样断裂后测出的预制裂纹长度a ,代入应力强度因子K I 的表达式，可得13/2(/)Q Q F S K Y a W BW然后再根据规定的判据判断K Q 是不是平面应变状态下的K IC ，如果不符合判据的要求，则需加大试样尺寸重做实验。
实验装置如图8－1所示：应变仪记录仪图8－1 实验装置（三点弯曲试样） 4 实验步骤1、实验前先清洗裂纹嘴两侧，用胶将刀口粘到试样上；2、试验前用卡尺在裂纹前缘韧带部分测量试件厚度B 三次，测量精度精确到0.1%B 或0.025mm ，取其较大者，计算平均值。
断裂韧性实验报告材料
断裂韧性测试实验报告随着断裂力学的发展，相继提出了材料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力学性能指标，弥补了常规试验方法的不足，为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据。
下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法。
1、三种断裂韧性参数的测试方法简介1. 1 平面应变断裂韧度IC K 的测试对于线弹性或小围的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态完全由应力强度因子I K 所决定。
I K 是外载荷P ，裂纹长度a 及试样几何形状的函数。
在平面应变状态下，当P 和a 的某一组合使I K =IC K ，裂纹开始失稳扩展。
I K 的临界值IC K 是一材料常数，称为平面应变断裂韧度。
测试IC K 保持裂纹长度a 为定值，而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态，将此时的C P 、a 代入所用试样的I K 表达式即可求得IC K 。
IC K 的试验步骤一般包括：（1） 试样的选择和准备（包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲劳预制裂纹等）；（2） 断裂试验；（3） 试验结果的处理（包括裂纹长度a 的测量、条件临界荷载Q P 的确定、实验测试值Q K 的计算及Q K 有效性的判断）。
1. 2 延性断裂韧度R J 的测试J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量J 积分的某些特征值。
测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系：a B U J ∂∂-= （1-1） 其中U 为外界对试样所作形变功，包括弹性功和塑性功两部分，a 为裂纹长度，B 为试样厚度。
J 积分测试有单试样法和多试验法之分，其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法。
但无论是单试样法还是多试样柔度标定法，都须先确定启裂点，而困难正在于此。
因此，我国GB2038-80标准中规定采用绘制R J 阻力曲线来确定金属材料的延性断裂韧度。
这是一种多试样法，其优点是无须判定启裂点，且能达到较高的试验精度。
X70钢焊接接头的断裂韧性测试及安全评定
级进行评定, 第二级评定主要针对非匹配焊接接头 ( 焊缝和母材强度匹配超过 10% ) 进行的, 根据拉伸
试验结果, 此接头不属于非匹配焊接接头, 第二级评 定不适用, 因此采用第一级和第三级评定方法进行
评定。
2. 2 失效评定曲线的确定
2. 2. 1 第一级评定 第一级评定是初级评定, 这一等级失效评定曲
1 试验研究 1. 1 试验方法及过程
试 验所 用材料为 国产 A PI5L X70 钢, 规格为 1016×14. 6mm 。
试验采用直径为 5mm 的标准圆棒型试样, 测定 了X70 钢焊接接头全焊缝和母材的强度及全应力— 应变曲线, 焊缝取自埋弧直焊缝。
对 X 70 管线钢焊接接头焊缝、热影响区和母材 进行了0℃断裂韧度试验。根据英国标准BS7448[2, 3] , 制备带预制疲劳裂纹的三点弯曲( T P B) 标准试样。 其 中 焊 缝、热 影 响 区 ( HA Z ) 和 母 材 分 别 根 据 BS7448: 1991- Part I 和 BS7448: 1991- Part II “确 定金属材料 K IC、临界 CT O D 和 J 积分的方法”进行。
的单向拉伸真应力- 应变关系曲线上与参考应力对
应的应变值。
3 安全评定计算
3. 1 缺陷尺寸及结构的载荷条件 接头缺陷位于焊趾部位, 为长度2c= 3. 2mm, 深
度a= 1. 6m m 的表面裂纹。根据实际服役载荷条件: 该管道所受的轴向应力最大( 1= 540M P a) , 所承受 的弯曲应力值为 320M Pa, 评定中均采用此最大值。 焊接残余应力值采用有限元计算( 本文篇幅限制, 不 做介绍) 得到最大残余拉应力为 480MP a, 评定中取 最大残余拉应力。
实验三 平面应变断裂韧性KIC的测定
三 .实验材料与试样
本实验采用经过 860℃淬火， 220℃低温回火处理的 40Ｃｒ钢， 其屈服强度σ s ＝１４００Mpa. 试样为 GB4161-84 规定的标准三点弯曲试样，名义尺寸：宽度 W=20mm，厚度 B=10mm，跨 距 S=80mm。 试样需要预先制备出尖端很尖锐的裂纹，为此，经过热处理后的试样首先完成外形尺寸的精 加工然后采用线切割制备出第一条裂纹。由于线切割的钼丝直径一般在 0.2mm 左右，裂纹的 尖端不够尖锐，应力集中效果不够好，故此还要施加循环应力作用，在一段裂纹的前端在制 备出非常尖锐的疲劳裂纹。国标中对于疲劳裂纹的制备条件及形状尺寸规定了严格的要求。
八 .参考文献
【1】杨王玥，强文江.材料力学行为[M].北京：化学工业出版社，2009. 【2】GB4161-84 金属材料平面应变断裂韧性 K IC 实验方法.
四 .实验设备和仪器
1.WDW-200D 微机控制电子式万能材料试验机：试验力准确度优于示值的 0.5% 2.双悬臂夹式引伸计 3.工具显微镜：精度 0.001mm 4.游标卡尺：精度 0.02mm
五 .实验步骤
1.测量试样尺寸。从疲劳裂纹顶端至试样的无缺口边，沿着预期的裂纹扩展线，在三个等间 隔的位置上测量厚度 B，准确到 0.025mm 或 0.1%B，取较大者，取三次平均值；在缺口附近 三个位置测量宽度 W，准确到 0.0025mm 或 0.1%W，取较大者，计算平均值； 2.装卡引伸计。在试样裂纹两侧用 502 胶对称的粘贴一对卡口片来装卡固定引伸计，引伸计 的标距为大约 5mm 3.加载测试。将试样安装于试验机上并调整其位置，尽量使裂纹扩张面与加载压头处于同一 个平面上。在计算机的界面上设置加载速度 0.3mm/min，然后对试样加载，计算机屏幕显示 载荷 P—裂纹嘴张开位移 V 关系曲线。最后可以看见随着裂纹的扩展，试样被压断成两截， 测试结束。 4.观察断口形貌。从试验机上取下试样，观察断口，可以看到黑色的线切割裂纹区，深灰色 的疲劳裂纹扩展区和浅灰色的瞬间断裂区。 5.测量裂纹长度。使用工具显微镜在试样断口的厚度方向 1/4,1/2 和 3/4 的位置上测量裂纹长 度，记做 a2， a3， a4 取它们的平均值为裂纹长度 a。同时，测量两个自由表面上的裂纹长 度，记做 a 1 和 a5。各测量准确到 0.5%。 6.确定条件载荷 Pq。在记录的 P-V 曲线上要确定裂纹长度的表观扩展量为 2% 时的载荷 Pq，而 2%的裂纹扩展量对应的裂纹嘴张开位移的相对增量为 5%，所以确定 Pq 的方法为：沿着 P-V 曲线的线性段作过原点的直线 OA，并通过 O 点画割线 OP5 使割线斜率为 OA 斜率的 0.95 倍。 若在 P5 点之前，每一点的载荷都低于 P5，则取 Pq=P5；如果在 P5 之前还有一个超过 P5 的最大 载荷，则取此最大载荷为 Pq。 7.计算条件值 Kq 以及裂纹前沿塑性区尺寸 Ro。
平面应变断裂韧度kⅠc的测定
C
C
• 因此，只要知道带裂纹试样的应力场强度因子KⅠ的表达式，试样的尺寸又能保证裂纹
前端处于平面应变状态下，则只需测得带裂纹试样发生失稳断裂时的负荷Pc,(或应力
σc)，就可利用已知的KⅠ表达式求出相应的临界值KⅠ,即为试祥材料的平面应变断裂
•
韧度KⅠC。
本实验采用标准三点弯曲试样，其KⅠ表达式为： KI
• 通过实验可出被测材料的P-V曲线（负荷－位移曲线），从P-V曲线上确定的值（裂纹
失稳扩展的临界负荷），计算出的KQ值。
KQ
PQ S
3
BW 2
f (a) w
PQ的确定（斜率降低5%的割线法）
四、实验试样及其材料
• 材料：30CrMnSi；870℃淬火+200℃回火；Rp0.2=1450Mpa • 试样类型：三点弯曲试样、S=4W、W=2B、a=（0.45～0.55）W
PS a
3
f
(
) w
BW 2
• 其中：式中：P——负荷 ；B—试样厚度 ；W——试样宽度 ； S——跨度 ； a——裂纹长度
•
•
其中：
f(
a w
)
3(
a w
1
) 2 [(1.99
a )(1 w
2(1
a w
2
) (2.15 3.93
a
)(1
a
3
)2
a w
2.7
a2 w2
)]
ww
值，即材料的平面应变断裂韧度，它是材料固有的抵抗脆性断裂的一
种力学性能，是材料的常数。由上式可知，当外加应力增高时，裂纹
前 料 就 σ的能=端σ平导的c，面致应；应裂力则强变纹：断体度裂脆因子韧断度 ，KⅠ此K也yⅠ时C增时外大，加，a也应当即力kK达σⅠ到增达裂大到纹到临失等界稳于应扩某力展一σ的临c，临界若界值将条，件即，材
(完整版)平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案
平面应变断裂韧度K1C 的测定实验预案姓名：江维学号：M050110110 指导老师：钱士强学院：材料工程学院、试样制备1. 材料：先用40刚2.(1) 厚度:为确定试件尺寸，要根据试件各预先测定材料的0.2和K lC的估计值，根据上式确定试件的最小厚度，在尺寸之间的关系确定试件的其它尺寸。
K lC的估计值可以借用相近材料的K IC值，也可根据材料的0.2/ E的值确定试件的尺寸，如下表所示：表K C 2一一一当确知2.5(-)比表中推荐尺寸小得多时，可米用较小试件. 在试验0.2K测得有效K IC结果后，可在随后试验中将尺寸减少到a、B 2.5( -)20.2B > 2.5(K ic/ 动2>2.5(71.9/294)2=0.l496m所以取B=0.15m.(2) 高度：a> 50r y~ 2.5(K ic/『①(W-a) > 2.5(K ic/ s)2C2)由O+②得W 2*2.5(K ic/ s)2 ,所以取W=0.3m(3) 长度：跨距：S=4W+0.2W=1.26m.长度L>S,所以取L=1.4m。
为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹，使得到的K1-数据可以对比和实际应用，试件必须在疲劳试验机上预制疲劳裂纹。
预制疲劳裂纹开始时，最大疲劳载荷应使应力强度因子的最大值不超过K1C的80%, 疲劳载荷的最低值应使最低值与最小值之比在-1与0.1之间。
在疲劳裂纹扩张的最后阶段，至少在2.5%a的扩展中，应当减少最大载荷或位移，使疲劳应力强度因子的最低值K fmax w 0.6K 1c, K fmax/E<0,0032m 1/2。
同时调整最小载荷或位移，使载荷比乃在-1~0.1之间。
其方法是：先用线切割机在试样上切割0.14m长的机械切口，然后在疲劳试验系上使试样承受循环变应力，引发尖锐的疲劳裂纹，约为0.01m。
，观察裂纹是否长到刻线处。
预制疲劳裂纹时，应仔细监测试样两侧裂纹的萌生情况，避免两侧裂纹三、试样尺寸测量1、试件厚度应在疲劳裂纹前缘韧带部分测量三次B i, B2, B3,取其平均值作为B=(B i+B2+B3)/3。
平面应变断裂韧度kⅠc的测定知识讲解
二、实验内容
1. 测定被测材料的P-V的曲线，计算条件断 韧度KQ值。 2．验算实验所得KQ值，确定有效KⅠC值。
三、基本概念和测试原理
• 根据线弹性断裂力学的分析，裂纹发生失稳扩展而导致裂纹体脆断的 判据是：
KⅠ=KⅠc
• 场的强式度中，KⅠ在为线Ⅰ弹型性裂条纹件应下力，场其强一度般因表子达，式它为表征：裂纹尖端附近应力
k y a
• 式中：Y是和裂纹形状因子，是与试样类型和加负荷方式等有关的量， 也称几何因子。
σ是外加应力。
α是裂纹体内的裂纹长度。
• K何 下Ⅰ形 ，是状 材一和料个尺中复Ⅰ寸合型；力(外学即加参张应量开力，型的其)大裂值小纹的，发大分生小布失仅等稳决。扩定而展于K时构Ⅰ的件C是应(在包力平括场面裂强应纹度变)因的条子几件的
KI
PS
3
BW 2
f
(
a w
)
• 其中：式中：P——负荷 ；B—试样厚度 ；W——试样宽度 ； S——跨度 ； a——裂纹长度
•
•
其中：
f(w a)3(w a)1 2[(1.99w a2 )((1 1 w 2 a)a)((1 2 .15a )3 3 2.93w a2.7w a22)]
ww
• 通过实验可出被测材料的P-V曲线（负荷－位移曲线），从P-V曲线上确定的值（裂纹
C
C
• 因此，只要知道带裂纹试样的应力场强度因子KⅠ的表达式，试样的尺寸又能保证裂纹
前端处于平面应变状态下，则只需测得带裂纹试样发生失稳断裂时的负荷Pc,(或应力
σc)，就可利用已知的KⅠ表达式求出相应的临界值KⅠ,即为试祥材料的平面应变断裂
•
韧度KⅠC。 本实验采用标准三点弯曲试样，其KⅠ表达式为：
平面应变断裂韧性KIC的测定
平面应变断裂韧性K IC的测定材化08李文迪[试验目的]测试的基本方法，操作顺序及技术要求，体验试验过程。
1. 了解平面应变断裂韧度KIC2.测量40Cr的平面应变断裂韧度。
[试验原理]断裂是材料构件受力作用下发生的最危险的变化形式，尤其是没有发生明显的宏观塑性变形的情况下就发生的断裂-脆性断裂。
理论分析和大量时间结果表明：在陶瓷、玻璃等脆性材料中，断裂条件是=材料常数式中，σ为正应力，2a为试样或者构建中的裂纹长度。
这样的结果，应用于高强度引述材料的脆性断裂也与实际相符合的很好。
根据线弹性断裂力学，断裂的盘踞是断裂前沿应力强度因子K达到其临界值-材料的平面应变，即：断裂韧度KICK Y K=IC是材料抵裂纹拓展能力的特征参式中Y是断裂的形状因子，平面应变断裂韧度KIC量，它与裂纹的尺寸及承受的应力无关。
平面应变断裂韧性，可以用于评价材料是否适用，作为验收和产品质量控制的标准。
材料的断裂韧度收到冶金因素的制造工艺影响。
应用平面应变断裂韧度对构建的断裂安全性进行评价，需要对构件的受力情况、工作环境、无损检测裂纹方法的灵敏度、可靠性等方面进行分析。
[试验式样与样品]本试验采用经过860 o C淬火、220 o C回火处理的40Cr钢，屈服强度s=1400MPa，材料形状尺寸如图一所示：试验工具：微机控制电子式万能材料试验机（试验力准确度优于示值的%）2.游标卡尺（精度）3.双悬臂夹式引伸计（原长）4.工具显微镜15JE（精度）[试验步骤]（1）测定试样的厚度B，要求沿着裂纹的语气拓展面在未断开的区域测量厚度，精度要求到或者%B中的较大者。
测量试样的宽度W。
（2）对试样粘贴引伸计的卡装刀口。
将试样安放于试验机上，要求裂纹扩展面与加载压头处于同一个平面上，避免二者错位或者形成明显不足为0的夹角。
（3）对试样加载，测量载荷P-位移V关系曲线，知道试样被完全断裂为止。
加载速度控制标准为：应力强度因子的速率在~（4）在裂纹拓展断裂的试样断口上，借助于测量工具显微镜，在试样厚度方向上1/4,1/2,3/4位置上测量裂纹长度，记作a1和a5,。
平面应变断裂韧度KIC.
平面应变断裂韧度K IC 的测定“工程力学”指出，材料对本身的裂纹或类裂纹缺陷的存在十分敏感，裂纹失稳扩展是脆性断裂的主要原因。
控制断裂的三个主要因素是裂纹的形状和尺寸、工作应力和材料抵抗裂纹扩展的能力（材料的断裂韧度）。
前二者是作用，为断裂的发生提供条件；在“线弹性断裂力学”中，用裂纹尖端的应力强度因子K 来描述，且()a w a f K πσ ,=上式的适用条件为裂纹尺寸a ≥2.52⎪⎪⎭⎫⎝⎛ys IC K σ，即在线弹性或小范围屈服条件下才成立。
后者是抗力，阻止断裂的发生；在一定条件下（满足平面应变条件）是一材料常数，称为材料的平面应变断裂韧度，记作K IC ，可由实验测定。
一、实验目的测定材料的平面应变断裂韧度K IC二、实验设备和仪器1．力传感器、双悬臂夹式引伸计。
2．三点弯曲试验装置。
3．材料试验机。
4．高频疲劳试验机。
5．精密量具（游标卡尺和读数显微镜等）。
三、实验原理含有I 型(张开型)裂纹试样，其应力强度因子一般可表达为：式中：() ,w a f 是试样的几何形状因子，在试样形状、尺寸和加载方式为一定的条件下是一常数。
随着外载荷F 的增加，K I 随之增加。
然而K I 的增加不是无限的，这种增加受到材料性能的限制，即当K I 增加到某一临界值时，裂纹就会失稳扩展引起材料脆断。
这个临界值代表材料抗脆断的能力，也就是材料的断裂韧度。
所以在测试时，只要在试样的加载过程中，测出裂纹失稳扩展时的临界载荷F q 和试样裂纹尺寸a ，就可以求出试样材料的临界应力强度因子(),(81)I K f a w aσπ=-K q 。
如果试样尺寸满足平面应变和小范围屈服条件，则此时的临界应力强度因子即为该材料的平面应变断裂韧度K IC 。
四、实验方法采用带穿透裂纹的试样测定金属材料平面应变断裂韧度是目前断裂力学测试技术中发展较完善的一种方法。
1．K I 标定公式对于三点弯曲试样，应力强度因子K I 的表达式为：I 3/2(/)FSK f a w BW=（8-2） 式中：S 、B 、W 及a 分别为试样的跨度、厚度、宽度，以及试样的裂纹尺寸；F 为作用于试样中点的集中力。
压力容器焊缝及周边微裂纹检测方法研究 周栋
压力容器焊缝及周边微裂纹检测方法研究周栋摘要：作为化工生产中的常用设备之一，压力容器的常用检测严格性较高，不仅需要检测人员具备较强的专业知识与岗位技能，更需要对材料的失效模式等有一个深刻地掌握。
尤其在压力容器检测中，对于焊缝及周边微裂纹的检测，更是压力容器检测中的难点。
通常情况下，相较于压力容器的其他缺陷，进行压力容器焊缝及周边微裂纹的检测效率较低。
在此情况下，如何高质高效地检测出压力容器焊缝及周边的微裂纹，将是本文重点研究探讨的内容。
关键词：压力容器；焊缝及裂纹；检测方法；控制措施1压力容器焊缝及周边微裂纹检测方法1.1射线探伤检测法射线探伤检测法就是利用射线的直线性和穿透性对压力容器进行检测，这种检测方式在对压力容器进行内部检测时是比较常见的，它不仅能够比较直接地检测出压力容器存在缺陷的大小、形状等具体情况，同时也能够对检测结果进行较长时间的存储。
射线探伤检测法受到微裂纹深浅和长短的影响以及暗室处理技术方面存在的问题等影响因素，使得检测结果存在一定的不确定性。
在压力容器检测要求过高的时候，其使用不是很普遍，因为受到射线探伤检测方法灵敏度不高的影响，所以检测结果往往达不到要求。
1.2渗透探伤检测法渗透探伤检测法是利用毛细管在进行吸附和渗透现象的时候会显现现象的原理来进行工作的，在对工部表面开口的缺陷进行检测时使用该方法比较多。
检查过程中需要在压力容器的表面涂一些颜色比较醒目的渗透液，等毛细管发挥作用后，需要把容器表面的渗透液清理干净，之后让其在显像剂的影响下进行显像从而找出压力容器的问题所在。
渗透探伤检测虽然有设备要求较低、容器缺陷比较清晰易懂、操作难度较低等优点，但是因为渗透剂对容器有一定的不利影响，以及被检查的部件必须保持表面干净等因素，所以其使用范围不是很广。
1.3超声波探伤检测法超声波探伤检测法是利用超声波能够进入压力容器内部的特点来进行工作的。
当超声波由材料表面进入到内部的时候，如果到达容器底部或者是到达容器有缺陷的地方的时候就会被反射回去，工作人员就能够根据反射回来的声波确定压力容器在哪里有缺陷。
SUMITEN 950-TMCP高强钢焊接接头断裂韧度试验研究
SUMITEN 950-TMCP高强钢焊接接头断裂韧度试验研究雷清华【摘要】以SUMITEN 950 - TMCP高强钢焊接接头断裂韧度试验为基础,分别测试了母材、焊缝和热影响区的裂纹尖端张开位移值并将接头各个区域的断裂韧度值进行了比较.依据试验数据,分析了该钢种及焊接接头的抗断裂性能.结合冲击韧性试验以及比例模型岔管的爆破试验数据,探讨了高强钢断裂韧度的合格标准,提出了该类钢材应用于水电站工程时应满足的条件.【期刊名称】《华电技术》【年(卷),期】2012(034)004【总页数】6页(P13-17,44)【关键词】SUMITEN 950-TMCP高强钢;焊接接头;断裂韧度;试验【作者】雷清华【作者单位】华电郑州机械设计研究院有限公司,河南郑州450052【正文语种】中文【中图分类】TG4070 引言高水头、大容量是未来我国水电发展的趋势，基于优化电网的需要，众多高水头抽水蓄能电站也正在规划建设中。
为了满足电站布置、降低工程综合成本(包括运输、劳动力、工作强度、施工设备等方面)的需要，必须采用高强度钢材，可以预计，1000 MPa级高强钢将会逐步在我国水电工程中得到应用。
为了掌握1000 MPa级高强度钢的工艺性能，有必要针对该级别钢材，开展以焊接制造工艺为主的相关试验研究工作。
截至目前，1000 MPa级调质高强钢已应用于日本等国家的大型水电站工程中。
SMI SUMITEN 950－TMCP钢是日本21世纪初开发的1000MPa级低碳控轧钢，因其具有强度高、韧性好、焊接性能优良、合金元素含量低和成本低的优点，现正处于试验推广阶段。
作为“水利水电1000MPa级高强钢工程应用技术研究”的一部分，本文重点对SUMITEN 950－TMCP钢进行了断裂韧度试验研究，以弥补夏比冲击试验在评价接头抗断裂性能方面的不足。
1 试验方法试验按照GB/T 21143—2007《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》进行，采用裂纹尖端张开位移CTOD(Crack Tip Opening Displacement)试验进行焊接接头断裂韧性的评价，按照非稳定裂纹扩展下的断裂韧度测定方法取得各个特征值，计算断裂韧度，根据该韧度值对焊接接头的断裂韧性进行定性评价。
平面应变断裂韧度KIC试验指导
平面应变断裂韧度K IC 试验指导一、试验内容：试验测定40Cr 的平面应变断裂韧度。
二、试验目的：加深了解平面应变断裂韧度的应用及其前提条件，体验试验过程。
三、引言： 断裂是材料构件受力作用下发生的最危险的变化形式，尤其是没有发生明显的宏观塑性变形的情况下就发生的断裂——脆性断裂。
理论分析和大量实践结果表明：在陶瓷、玻璃等脆性材料中，断裂条件是=a σ材料常数 （1.1）式中，σ为正应力，2a 为试样或者构件中的裂纹长度。
这样的结果，应用于高强度金属材料的脆性断裂也与实际相符得非常好。
根据线弹性断裂力学，断裂的判据是裂纹前沿应力强度因子K 达到其临界值——材料的平面应变断裂韧度K IC ，即：IC Y K a K ≥=σ （1.2）式中Y 是裂纹的形状因子。
平面应变断裂韧度K IC 是材料抵抗裂纹扩展能力的特征参量，它与裂纹的尺寸及承受的应力无关。
平面应变断裂韧性，可以用于评价材料是否适用，作为验收和产品质量控制的标准。
材料的断裂韧度受到冶金因素(成分、热处理)的制造工艺(如焊接、成形)影响。
应用平面应变断裂韧度对构件的断裂安全性进行评价，需要对构件的受力情况、工作环境、无损检测裂纹方法的灵敏度、可靠性等方面进行分析。
四、试样条件4.1 试样的形状尺寸平面应变断裂韧性的试验测量，对于达到或超过1.6mm 厚度的材料，使用具有疲劳裂纹的试样进行测定，根据外形可以分成三点弯曲SE(B)、紧凑拉伸C(T)、C 形拉伸A(T)和圆形紧凑拉伸DC(T)四种试样。
图1中给出了不同的试样。
本试验采用三点弯曲试样。
图1 四种平面应变断裂韧度试验样品上图为三点弯曲试样SE(B)；左图为紧凑拉伸试样C(T)；左下图为圆形紧凑拉伸DC(T)；右下图 为两种C 形拉伸A(T)1三点弯曲试验用的标准试样，宽度与厚度之比W /B 的名义值2，而试验时两个支撑点之间的跨距的名义值S ＝4W 。
非标准试样中，W /B 的名义值在1至4之间，S /W 为3或5。
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地 观 察 裂 纹 的扩 展 情 况 。
表 ｌ 材 料 的 常 温 机 械 性 能
１ 平 面 应 变 断 裂 韧 度 Ｋ 的 测试 平 面 应 变 断裂 韧 度 Ｋ 的测 试 一 般 是 对 裂 纹 张 开位 移
１ ２ 试 验 测 试 ．
疲 劳 裂 纹 的 预 制 是 在红 山厂 产 的 １ ０吨 高 频
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第 ２ １卷 第 期 ２ ｏ０２住 ９月
机 械 科 学 与 技 术
Ｍ ＥＣＨ Ａ ＮＩ ＡＬ Ｃ ＳＣＩ ＮＣ Ｅ ＮＤ Ｅ Ａ ＴＥＣＨ Ｎ Ｏ ＬＯＧ
Ｖ Ｏ１ ．２１ Ｎ Ｏ． ５ Ｓｅ ｅ ｂ ｐｔ ｍ ｅｒ ２ ２ Ｏ０
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文 章 编 号 ： ０ ３ ８ ２ （ ０ ２ ０ — ８ － ３ １０ —７ ８ ２ ０ ） ５０ １ ０ ７
高 压 气 瓶 母 材 、 缝 和 热 影 响 区 的 焊 平 面 应 变 断 裂 韧 度 实 验 研 究
阳建 红 王佑 君 ｚ 陈 飞 成 曙 俞 茂 宏 ， ， ， ，
平 面 应 变 断 裂韧 度 及 其 参 数 的 分 布 ． 出 了该 部 位 的 平 面 应 变 断 裂 韧 度 和 平 面应 变 断 裂 韧 度 对 数 的 分 布 函数 ． 军 给 为
用 高 压 气瓶 安 全 性 和 可 靠性 评 估 奠 定 了实 验 基 础 。 关 键 词 ： 压 气瓶 ； 界 裂 纹 张 开 位 移 ； 布 高 临 分
文献标识码 ： Ａ
中图分类号 ： ＴＧ４ ４ Ｏ
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焊 件 的裂 纹 扩 展 速 率 进 行 了实 验 研 究 ． 文 针对 某 导 弹 武 器 本 系统使用的高压气瓶 （～３０ｇｃ ）对该 高压气瓶母材 、 ０ ２ ｋ ／ ｍ ． 焊缝 和 热 影 响 区 的 平 面 应 变 断 裂 韧 度 进 行 了实 验 研 究 ． 阵 为 地使 用 带 缺 陷气 瓶 的安 全 评 定 、 命 预 测 奠 定 了 实 验 基 础 。 寿
试 样 经 车 、 、 后 达 到 规 定 的 尺 寸 和 表 面粗 糙 度 ． 铣 磨 用 钼 丝 切 割 开 机 械 切 口 以 引 发 裂 纹 ， 疲 劳 试 验 前 再 用 砂 纸 在 对 所 有 试 样 两 侧 面 的 切 口周 围 进 行 局 部 打 光 ． 以便 能 清 晰
当 ， 高 压气 瓶 存 在 安 全 隐 患 。文 献 ［ ］ １Ｍｎ ＶＮ 钢 及 使 １ 对 Ｖｏ ５
阳 建 红
（ 安 交 通 大 学 建 力 工 程 学 院 ， 安 ７ ０ ４ ； 西 安 第 二 炮 兵 工 程 学 院 ， 安 ７ ０ ２ ） 西 西 １０ ９。 西 ｌ ０ ５
摘 要 ： 过 军 用 高 压 气 瓶 母 材 、 缝 和 热 影 响 区 的 临 界 裂 纹 张 开 位 移 试 验 实 验 ． 究 了 高 压 气 瓶 的 断 裂 薄 弱 环 节 、 通 焊 研