材料断裂韧性的测定分析

其中Fm
a
为F-V曲线上
x
Fq
一最大载荷。
若尺寸KQ而满重足新以做上实两验个，判新据试即样就的是尺K寸I至C。少否应则为就原必试须样加的大1试.5样倍。
材料断裂韧性KIC 的测定
一、实验的目的
由于理想的均匀连续性材料在工程中是不存在的，实际构件 总是不可避免地带来有夹渣、裂纹和划痕等缺陷，这些缺陷 在使用的过程中将逐渐发展成为裂纹。因此本实验的目的在 于研究实际含裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力，测出构件 的断裂韧度 K IC 找出其中规律及原因，了解该材料的断裂韧性 与强韧性的关系。
5、测量裂纹尺寸和实验结果的处理。
六、PQ 的计算
由于材料性能及试样尺寸不同， F－V曲线有三种类型： 1、材料较脆或试样尺寸足够大 时，F－V曲线为III型。 2、材料韧性较好或试样尺寸较 小时，F－V曲线为I型。 3、材料韧性或试样尺寸居中时， F－V曲线为II型。 4、从F－V曲线确定裂纹失稳扩 展时的载荷FQ。
2、当裂纹尖端附近处于三向应变时，这个阻力达到一个下 限值，而该下限值就为材料的平面应变断裂韧性K IC 。
3、构件不发生脆断的K准则：
KI < KIC
三、试样的形状、尺寸及制备
• 四种试样：标准三点弯曲试样、紧凑拉伸试样、C形拉伸试样和圆形紧凑 拉伸试样。由于三点弯曲试样较为简单，故使用较多。
三、试样的形状、尺寸及制备
二、实验原理
裂纹扩展的3种基本形式：张开型（Ⅰ）裂纹扩展、滑开型 （Ⅱ）裂纹扩展、撕开型（Ⅲ）裂纹扩展
1、性弹性体的裂纹尖端部位的应力、应变场强度可以用强 度因子 KI 来描述。当 KI 值达到某一临界值时，裂纹即向前扩 展。由此可见该临界值的大小反应了材料抵抗裂纹扩展的能 力，该临界值是裂纹的扩展阻力。
由于KIC是材料在平面应变和小范围屈服条件下的KI临界值， 因此，测定KIC时用的试样尺寸，必须保证裂纹尖端处于平面应 变和小范围屈服状态。因此为满足小范围屈服及平面应变条件，
须要求
• ①B≥2.5(KIC/σS)²； • ②α≥2.5(KIC/σS)²； • ③W-α≥2.5(KIC/σS)²；
B：试样厚度， W：试样宽度或高度， α：预制疲劳裂纹长度
2.7(
a )2 w
]
ww
式中 FQ —临界载荷 KQ —条件断裂韧性
九、数据可靠性检验的判据
按上述方法得到的 KQ 是否就是K IC，尚需经过验证。检验
的判据有两个：
①几何判据。
B≥2.5(KIC/σS)²α≥2.5(KIC/σS)²；W-α≥2.5(KIC/σS)²； ②载荷比判据。
Fmax 1.1 Fq
• ④试样跨距：S=4W±2mm
注：①由于这些尺寸比塑性区宽度R0大一个数量级，所以可以 保证裂纹尖端是平面应变和小范围屈服状态。
②试样材料、加工和热处理方法也要和实际工件尽量相同， 试样加工后需要开缺口和预制裂纹。
四、三点弯曲实验装置实验图
如图所示Fra Baidu bibliotek
五、实验方法及步骤
本实验是用带有预制疲劳裂纹的缺口试样，在三点弯曲或拉 伸下自动记录载荷P（F）及裂纹嘴的张开位移V，然后按一定的 方法在记录的P(F)-V曲线上求出裂纹长度的表观扩展量为2%的 载荷，将此值载荷代入相应的试样 KI 表达式中计算K IC 的条件 值 KQ
1、测量尺寸：测量B、S、W。
2、安装试样
3、选择好加载速率，使 KI 若估算试样的 K IC 值约2500
增加的速率为1000-2000MPa • m MPa • m，则可以在0.5-2.5min
/ min
内加载到断裂。
4、开机加载，加载速率要均匀，直至断裂。在F-V曲线上标出 初始载荷和断裂载荷。
七、裂纹尺寸的测量
裂纹尺寸取
a a2 a3 a4 3
八、K IC 的计算
三点弯曲试样加载时，裂纹尖端的应力强度因子 K I的表达式为
K Q
Fq S
3
a
Y1
( W
)
BW 2
其中
f
(
a) w
3(
a
)
1 2
[1.99
w
a (1 a )(2.15 3.93 ww
2(1
2
a
)(1
a
3
)2
a w