E647 裂纹扩展速率作业指导书

ASTM E647-08 疲劳裂纹扩展速率试验作业指导书
1.概述
本测试方法为测定从接近门槛值到最大Kmax期间内非稳定控的疲劳裂纹扩展速率。

结果用裂纹顶端应力强度因子范围（ΔK）来表示。

能够按本方法进行试验的材料不受厚度或强度的限制，只要试验过程中试样厚度足够厚，以防止翘曲及其平面尺寸足以保持弹性变性占优势即可。

本测试方法需对带有预裂纹缺口试样施以循环加荷。

经视觉测量，或是其他等效的方法测量试样的裂纹尺寸，对疲劳循环函数进行数值分析，以建立裂纹扩展速率。

2.仪器
2.1夹具和装卡装置--试样对夹具和装卡装置的要求在标准中已概述。

2.2 夹具的同心度-力的传递过程中，保持所有夹具有较高的同心度非常重要。

不对中能导致非对称开裂，特别是靠近门槛值测试，这可能导致无效的数据。

7. 试样形状、尺寸、制备
7.1 试样标准---本方法使用的试样形状细节于本方法附录中给出。

从实际材料中取样，应力释放完全是不切实际的。

小心选择试样形状和尺寸，残余应力对于裂纹扩展特性的影响可以最小化。

选择样小比例品尺寸B/W, 可以减少分布于整个试样厚度上，垂直于裂纹扩展方向残余应力的作用。

这种形状的选择，可最大限度的减小由于裂纹弯曲度和裂纹前缘不规则引起的计算da/dN 和∆K的误差。

此外，作用于平行裂纹扩展方向的残余应力可能产生使裂纹尖端闭合或张开的力矩，这也可以混淆的测试结果。

在大多数情况下，残余应力引发了对裂纹扩展特性测量结果影响，可以通过选择一种对称样品形状使其最小化，即M（T）试样。

7.3 切口的制备—对标准试样加工缺口可用电火花、铣削、锯加工。

以下建议的缺口制备过程有利于不同材料疲劳裂纹的扩展。

7.3.1电火花加工---ρ< 0.25 mm(0.0010in) (ρ=缺口根部半径)，高强钢（σys≥1175MPa/170ksi）、钛和铝合金。

7.3.2磨和铣----ρ≤0.075mm(0.003in) ,低中强度钢σys≤1175MPa/170ksi ，铝合金。

7.3.3 研磨----ρ≤0.25mm（0.003in），低或中强钢
7.3.4 磨和铣----ρ≤0.25mm(0.010in) ,铝合金。

7.3.5 锯—仅适用铝合金
7.3.6 用不同方法加工的缺口几何示例和与其相关的预制裂纹要求在标准中有
详尽要求。

8. 程序
8.1 试验数量---当裂纹扩展速率大于10-8时，在给定ΔK时，相邻的试样da/dn 有很大变化，一般可以掩覆盖大约两个至关重要的因素之一。

当裂纹扩展速率低于10-8时，对ΔK微小变化，da/dn的敏感度增加，da/dn 的可变性可能增加至五个以上因素。

由于显微结构的差异、残余应力、裂纹尖端几何（裂纹分叉）或尖端附近应力，这种分散性可以被进一步提高。

8.2试样尺寸-- 试样尺寸应在给定试样的公差范围内，见附件。

8.3疲劳预裂纹---预裂纹制造需提供足够的尺寸和尖锐疲劳裂纹，以及平直度，这是很重要的。

它可确保：
1）可以从试样的K标定中消除加工的缺口效应。

2）可以排除裂纹前端形状和预裂纹加载史对随后的裂纹生长速率的效应。

8.3.1 预制裂纹之前，试样需进行充分的热处理。

预制裂纹设备应该使力的分配对于机械加工缺口分布是对称的。

在预制裂纹过程中，Kmax误差应控制在5%。

任何只要能使力值精度达到要求的，任何方便可得的频率都可用于预裂纹。

预裂纹必须与机加的缺口在一个平面内，疲劳预裂纹不能小于0.1B，H或1.0mm(0.040in), 取其中较小者（图1）
8.3.2 最终Kmax不能超过初始Kmax，开启裂纹时可使用较大的Kmax。

随后力值范围逐阶下降以符合试验的要求。

建议在任何降载步骤中，每次减小Pmax 值都不能大于20% ，在下一步试验之前，须得到可测量的裂纹扩展量。

为防止试验数据的瞬间效应，每一步施力应使裂纹至少有3/π(Kmax/σys)2的增量。

8.3.4测量试样前后表面的裂纹尺寸，测量差异不大于0.10mm(0.004in) 或
0.002W，两者之间取较大值。

对于W〉127mm(5in)试样，裂纹尺寸测量误差应于0.25mm(0.01in)之内。

如果试样前后表面测得的裂纹尺寸差异大于0.25 B，那么这个预制裂纹将不适合用于以下的试验，按照本方法将得到不正确的结果。

另外，对于M（T）试样，测量中心线两侧的裂纹（每一裂纹长度取前、后表面测量的平均值），其差异不得大于0.025 W。

如果疲劳裂纹偏离对称平面允许的极限，试样不适用于试验。

如果上述要求均不能满足，请检查同轴度、机械加工缺口的细节、或者材料问题，如残余应力等。

8.4 试验设备---- 疲劳试验设备应该使得力的分布对称于试样的缺口。

8.4.1 按照操作标准E4和E467校准试验机的力传感器。

在整个试验过程中，控
制∆P和Pmax（力传感器标称范围）于2%之内。

8.4.2 需用准确的数字信息设备记录所经过的循环数。

8.5 对da/dN＞10-8m/cycle,恒力幅值控制试验步骤
这一试验步骤适用于疲劳裂纹扩展速率高于10-8m/cycle的试验。

8.5.1 为排除过载效应引起的扩展速率迟钝，应该增加Pmax而不是减少。

8.5.2 当出现环境效应时，改变力值水平、试验频率和波形，均可影响瞬间扩展率。

这些加载变量的改变时，应允许足够的裂纹扩展量，使得扩展速率获得稳态值。

8.5.3停止工作。

这种情况下，如果中断后的扩展速率比中断以前的小，数据则应该抛弃。

8.8裂纹尺寸测量---通过视觉、或相当的技术分辨能力0.10毫米（0.004英寸）或0.002W裂纹扩展的测量，取其大者，使疲劳裂纹尺寸的测量结果能做为经过一个疲劳循环的函数。

如果用视觉测量，需抛光样品的试验区和使用间接照明增加裂纹尖端分辨率。

不中断测试测量裂纹是首选的方法。

8.8.1 裂纹尺寸测量等间隔，使得da / dN数据对应于∆K的分布接近均匀。

推荐的合适间隔于相应的试样附件中给出。

8.8.1.1 A 建议Δa的最小限度为0.25 mm (0.01IN)。

然而，也可能会出现Δa需要减到低于0.25毫米（0.01英寸）的情况。

门槛值的测试中有类似的情况，在近门槛值区域（见9.4 3）至少需要5个da/ dN,ΔK 的数据。

在任何情况下，Δa最小值将为裂纹尺寸测量精确度的十倍。

注意10--裂纹尺寸测量精度此处定义为：一系列重复测量的裂纹尺寸平均值的标准偏差。

8.8.2裂纹尺寸应在两边测量（一个试样正面和背面），应作为一项规则，以确保于满足8.8.3中对于裂纹对称性的要求。

测量平均值（C（T）试样测量二个裂纹长度，M（T）的试样4个裂纹长度的）将被用于扩展速率和K值的所有计算中。

如果，于试样两边每一个裂纹尺寸之间的测量间隔不等，那麽两边的测量间隔必须报告。

只有当试样形状特殊、试验材料、测试装置、扩展速率区均显示出绝对满足裂纹对称的要求，才允许单边裂纹尺寸测量。

8.8.3 在测试中，如果裂纹任何点的偏离超过了从对称平面±20 °或超过0.1W
的距离、或更大，根据本测试方法（25）数据是无效的。

±10°和±20°之间的偏差，必须报告（见图. 3）。

此外，如果（1）裂纹尺寸测量前面和背
面表面相差超过0.25B，则数据无效。

有效性要求应在该试样附录中给出。

8.8.3.1 如果用非视觉的方法测量裂纹，并且发生了非对称和倾斜裂纹现象，为满足8.83的要求，这段期间内不可视裂纹测量结果应该用可视技术校准。

9．计算和结果解释
9.1 裂纹曲率修正-----完成测试后，检查断裂表面，最好在二个局部更适宜（例如，在预制裂纹和疲劳裂纹尺寸终端)，确定穿过厚度的裂纹弯曲的程度(通常命名裂缝隧道)。

如果裂纹轮廓可见，计算3点，按试验方法E 399，计算穿过厚度的平均裂纹尺寸。

如果弯曲的裂纹是可见的，按照试验方法E399试样测量有关部分通用程序部分; 特别是测量裂纹尺寸的具体章节，取穿过厚度的三点求平均值作为裂纹尺寸。

穿过厚度的裂纹尺寸平均值和试验中记录的对应裂纹尺寸的差值，作为弯曲度修正值。

（例如：直视法测量得到的可能是表面裂纹尺寸测量的平均值）
9.1.1 如果对于任何尺寸，裂纹弯曲修正的结果所计算应力强度因子差异大于5%，此时采用修正值分析数据。

9.1.2 如果裂纹弯曲修正的幅度随裂纹尺寸增加或减少，可用线性差值法修正中间数据。

最小间隔0.25W或B，取较大的值。

如果裂纹弯曲度随裂纹尺寸的变化是无规律，用裂纹弯曲度测量平均值作均匀修正。

9.1.3当用监测技术测量裂纹尺寸，而不是视觉测量，通常用标定技术修正裂纹
弯曲度。

9.1.4 如果修正幅度可能会取决于试样厚度，需要事先修正程序。

9.2 裂纹扩展速率的测定---疲劳裂纹扩展速率是根据裂纹尺寸与对应的经过循环数据测得的。

（a -N）。

于附录XI中推荐递增多项式法和切线逼近法。

两个方法均适用于增K和恒定ΔP试验。

对于降K试验，试验为阶梯式降载，如图2所示。

建议使用正割法。

每一个加载步骤中，不允许裂纹扩展速率的测量引起任何裂纹扩展量的增加。

在每一个循环中，K连续下降时，可使用递增多项式。

注13：上述提到的两种方法中a对应N的数据，是以da/dN的平均值的形式给出。

然而，递增多项式法采用数学法光滑了数据（19，27），往往正交割线法较递增多项式法分散度大。

必须注意两种方法引入的明显的差异，特别是将da/dN 数据用于设计的时候。

9.3应力强度因子ΔK范围的确定
对应于给定裂纹扩展速率，按照附录中给出的试样几何，计算应力强度因子范围。

9.4 疲劳裂纹扩展速率门槛值的确定
以下程序提供的程序可确定疲劳裂纹扩展速率的门槛值应力强度因子范围∆Kth，这一程序与3.3.2 给出的通用定义一致。

9.4.1用线性回归法确定一条最佳直线logda/dN ,最少须5个da/dN数据，在裂纹扩展速率 10-9-10-10 m/cycle之间，ΔK应近似的取等距离数据点。

特殊范围的da/dN拟合必需：logΔK的变化建立于这个直线拟合基础上。

注14：---- 9.4.1 给出的线性回归的限制，于文献28描述。

可替换的非线性逼近和优势，于文献28给出。

9.4.2 对应扩展速率10-10 m/cycle时，用上述拟合线计算ΔK。

采用这种程序判定ΔKth值。

注15 ---- 如果产生较低的da/dN 数据，上述程序可用于最低的十个数据，必须按照10.1.12 的要求选择拟合范围。

10．报告
10.1 报告须包括以下信息：
10.1.1．试样类型，包括厚度B、宽度W。

如果使用M（T）试样，或者试样类型是本方法没有写到的，须提供几何形状。

10.1.2 叙述使用的试验机和测量裂纹尺寸的设备，以及裂纹尺寸测量的精度。

10.1.3 试验材料特征：热处理、化学成分、力学性能（最少包含按照试验方法E8/E8M测量的屈服强度、延伸率、面缩率）。

应写明产品尺寸和形状（例如，带材、板材或锻造）。

如果可以，需报道消除残余应力的方法（热处理时间、温度、气氛）。

若使用非热处理方法，需报道力和频率。

另外，如果是从一个大型零件上取样，需标明样品处于零件的部位。

10.1.5 疲劳预裂纹的最终ΔK，R和裂纹尺寸
如果预裂纹力阶段停止，在程序将开始之前，最后力值上的裂纹伸长量应给出。

10.1.6 试验载荷改变，包括ΔP，R，循环频率和循环波型。

10.1.7 环境变化：包括温度、化学成分、pH(液体)、压强（气体和真空）。

如在空气中试验，需报道按照E337测定的空气湿度。

如试验在惰性气氛中（如氩气中），水和氧气的残留水平分析应与报道。

在试验过程中，上述环境变化的名义值，也就是最大偏差需要报道。

用于环境的容器腔体材料，试样与环境系统和腔体电化学反应应与描述。

10.1.8 用于数据的分析方法，包括a-N为 da/dN技术，用于裂纹曲率修正和大幅度的裂纹弯曲度修正的特别程序。

10.1.9 试样K标定和保证弹性特性绝对优势的尺寸判据（试样的判据在本方法中没有描述）
10.1.10 需画出da/dN 与ΔK 关系的函数曲线。

（注意ΔK为横坐标，da /dN 为纵坐标。

通常用log-log 坐标，
为了优化数据，ΔK-log 的尺寸需比da/dN-log 大2-3倍。

)
所有违背附录中相应的试样要求数据应予识别，σ
YS or σ
FS
用于确定试样尺寸。

注16—按7.2.1 提供确定σ
FS
10.1.11 描述任何出现非正常数据的现象（例如:试验中断或载荷变化）
10.1.12 对于降K试验，报告C，初始K和a。

应指出降K数据是否被增K数据证实。

对于近门槛值生长速率，报告ΔKth，于建立ΔKth的拟合线方程和用于创建ΔKth 的程序，（与9.4不相同），也需报告用于创建ΔKth的最低扩展速率（用9.4 确定）。

建议报道最低扩展速率的值ΔKth（x）和 m/每个循环.
10.1.13 每一试验下列数据需列表给出：a,n, ΔK,da/d/N，
以及一些试验过程中数据的改变。

另外，所有与试样附录尺寸要求不相吻合的测
试数据均须报道。

以及用于确定试样尺寸的数据σ
YS，σ
FS。

11.精度和偏差
11.1 精度
da/dN对应于△K的精度是材料内在差异、裂纹长度测量误差以及载荷测量误差的函数。

利用现代闭环电动液压试验设备不难获得8.4.1节所要求的加载精度，对于所采用的△K值，测试结果相差±2%；在规定的△K值下，导致近门槛状态裂纹扩展速率的da/dN值变化范围从±4%到±10%。

裂纹长度测量误差通常是改变da/dN的主要原因，因为将A/N转换为da/dN的分析过程中以及材料的固有差异都会产生测量误差，所以很难单独研究测量误差的起因。

尽管如此，显然da/dN的整体变化还是取决于裂纹长度测量间隔与测量误差(27, 29)的比率。

此外, 只有当测量间隔大于测量误差（或精度），而小于试验试样的K-斜率
时，才能获得裂纹长度最佳测量间隔，可以参阅对应的附录以查找适当的测量间隔。

关于裂纹长度测量精度的建议是：采用专门的测量技术时，必须通过反复试验以确定每一个数据。

11.1.1 虽然一般不能分别研究上述引起变化的每一种影响因素的作用，但是通过14个实验室参与的实验室间的测试程序可以整体测量da/dN 相对于△K的差异(19)。

高均质的10#镍钢上获得的数据表明，在单个实验室内，da/dN数据的重复性平均达到±27 % ，根据实验室条件的不同，数据能获重复性的范围在±13%到±50 %，多实验室间测试数据的重复性达±32 %。

这些标准误差是基于回归分析测出的±2剩余标准偏差的平均值。

在计算这些统计数字时并没有考虑到由于不规则的预制纹裂和载荷校准中的不确定误差而导致的两个实验室的异常试验结果。

多实验室间的测试程序使用了符合当前要求的，改善了的测试方法，能避免产生上述问题。

由于在测试程序中采用了高均质材料，相信da/dN的差异主要发生于随机的裂纹长度的测量误差。

11.1.2 在近门槛状态下，根据15个实验室参加的试验室间的联合测试实验可以测得△K th的变化性(30)7。

测试2219 T851均质铝合金获得的数据表明在的再现性平均达±3%，而在多实验室间达±9 %，这种观测结单个实验室中△K
h
果基于11个实验室提供的有效的近门槛状态数据。

由于 da/dN对△K的细微变化很敏感，对于确定的△K(30)6，在近门槛值状态下裂纹扩展速率经常改变一个数量级或者更多。

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6 6可以在RR:E24-1001研究报告中得到由国际疲劳裂纹扩展率测试组织ASTM提供的一个支持数据。

7可以在RR:E24-1009研究报告中找到由国际疲劳裂纹扩展率测试组织ASTM 提供的7个支持数据。

11.1.3 必须认识到对于设计或可靠性鉴定，材料内在的差异经常是引起da/dN变化的主要原因。

某些材料的内在差异是由于其化学成分或微观结构的不均匀引起的，这些因素在不同加工条件下会导致各批次间更大的差异。

要鉴定各熔炼炉次或各批次间材料内在差异，只能是对相关材料的统计规划的试验测定来得到。

因此，多实验室间对镍10#和2219–T851铝（所选的材料差异小，便于鉴定材料精度）的测试程序结果一般不适用于解决其它材料的内在固有差异问题。

11.2 偏差
并没有普遍适用于任何材料的da/dN相对△K的“标准”值，正因为没有这种真值，所以关于数据偏差的论述没有意义。

12.关键词
12.1恒定振幅、裂纹、疲劳裂纹扩展速率、载荷强度因子范围
A1 紧凑拉伸试样
A1.1 序言
A1.1.1 紧凑拉伸试样C(T)是拉伸加荷的单边缘缺口试样。

A1.1.2 C(T)试样优于其它试样之处在于测定裂纹扩展行为时需要的测试材料最少。

A1.1.3 不推荐将C(T)试样用于拉—压试验，因为这会导致裂纹尖端加荷试验中产生不确定性。

A1.1.4 不建议将C(T)试样用于非连续性增强的，非均值性质的晶须类材料，相反，应当使用M(T) 或者ESE(T)试样8。

A1.2 试样
A1.2.1 图A1.1给出了标准C(T)试样的几何形状
A1.2.2 厚度B和宽度W可能在以下范围内独立变化，这取决于试样的挠度和穿透厚度裂纹的曲率
A1.2.2.1 建议C(T)的厚度在W/20 ≤ B ≤ W/4范围内，也可以采用厚度大于或等于W/2的试样，然而这些试样的数据经常要求修正穿透厚度裂纹曲率，如E 647.正文的第9.1节所述。

此外，E 647正文的第8节列出了在满足穿透厚度裂纹的纵向要求时可能遇到的困难。

图A1.1疲劳裂纹扩展速率试验用标准紧凑拉伸(CT)试样
注释1 - 尺寸单位为毫米（英寸）
注释2- A表面应该是垂直和平行的，误差应在± 0.002 W, TIR范围内。

) 尖端的交叉点到试样前、后表面上裂纹的尖端等
注释3- 从机械加工缺口(a
n
距，偏差应在0.005W以内。

注释4- 表面（包括销孔）光洁度应大于或等于0.8（32）
A1.2.3 对于C(T)试样，a应从负荷作用的联接线处测量（图A1.1）。

.
A1.2.4要求C(T)试样中机械加工缺口的长度a
至少为0.2W, 以便使K标定
n
不受加荷销孔的位置及尺寸的稍许变化的影响。

A1.2.5 C(T)试样的凹槽和预裂纹细节见E647正文图1
A1.2.6 试样尺寸
为了使按本方法得到的结果有效，要求在所有外加负荷下试样基本处于弹性
状态。

满足这一要求的试样最小平面尺寸，主要取决于经验数据和特定的试样外
形(10)。

A1.2.6.1 对于C(T) 试样，要求满足下面等式：
这里 : (W - a) = 试样未开裂韧带（图A1.1）
=0.2 % 即在疲劳裂纹扩展速率的温度下，试验材料偏置值为0.2的屈服
б
YS
强度
注释A1.1–关于高品质硬化材料参阅E647正文的注释5
A1.3 设备
A1.3.1 C(T)试样的夹头和夹具
试样的上下两端均采用U形夹具和销轴装置(图A1.2)，以便试样在加荷时
可以在平面内转动。

这种试样和加荷装置只适用于拉—拉加荷。

A1.3.1.1所推荐的U形夹具和销轴的比例及临界公差(图A1.2)均依照试样宽
度W或试样厚度B来确定，因为这些尺寸可以在一定范围内独立地变化。

A1.3.1.2 图A1.2显示的销轴到销孔的间隙，应该设计得尽量减低摩擦力，以
消除在转动时试样与销轴的相对位移（31）。

这种装置如果使用于较低屈服力的
测试材料，可能引起试样销孔的塑性变形，同样的，在测试高强度材料或者夹具
开口超过1.05B（或两者兼备）时，可能需要一个结实的加荷销轴（即D > 0.225W）。

在这种情况下，可使用带平底夹具孔或者轴承的适当的加载销轴(D = 0.24W)，如图A1.3所示。

不建议使用高粘度润滑油例如润滑脂，其粘滞力会使试样移动。

A1.3.1.3 U形夹具和销子采用屈服强度为1000-兆帕(150-磅/英寸) 的合金（例如AISI 4340钢），可提供适当的强度、摩擦抗力和疲劳抗力。

A1.4 工艺流程
A1.4.1 裂纹长度测量的间隔，应使da／dN数据相对于△K大致呈均匀的分布。

对于C(T)试样，建议测量间隔为：
如果用目测监控裂纹长度，应测量C(T)试样正、反两面的裂纹长度，然后取测量结果的平均值来计算裂纹扩展速度，并用A1.5.1.1中的K表达式来计算K值。

E 647.正文的第8.3.4节中给出了进一步的裂纹对称的要求，第8.8.3节中描述了异面裂纹的极限。

图A1.2夹紧C(T)试样的U形夹具和销子
注释—尺寸单位为毫米（英寸）
A表面应该是垂直和平行的，误差应在±0.05 毫米(0.002英寸.) TIR内。

销钉与销孔的表面光洁度应大于或等于0.8（32）。

图A1.3推荐的两种夹具设计
注释 1—销轴直径=0.24 W - 0.005 W。

注释 2—平底孔是经修改后的E 399设计测试方法。

注释 3—必要时去除夹具的棱角。

A—表面应是平行和垂直的，误差应在0.05毫米以内
图A1.3的续图
注释 1—由于轴承占用空间，本夹头不适用于小试样。

A表面应是平行和垂直的，误差应在0.05毫米以内
A1.5 对测量结果的计算和说明
A1.5.1 测定应力强度因子范围，△K
使用E 647正文9.1节和附录X1中规定的裂纹长度值。

按下列关系式计算
与一定裂纹扩展速率相应的应力强度因子范围：
A1.5.1.1 对于C(T)试样，按下式计算△K：
式中α＝ a／W ，当 a／W≥0．2，上述关系式才有效(32, 33)。

注释 A1.2—上述表达式乃基于试验材料是线弹性、各向同性和均匀的假设。

注释 A1.3—上述操作定义不包括残余应力或者裂纹闭合对于计算△K值的潜在影响。

自动记录仪跟踪载荷及其裂纹开裂位移，便于测定和矫正
残余应力/ 裂缝闭合的影响(3)。

A1.5.1.2 应校验试样长度是否符合A1.2.6节的要求
A1.5.2 采用柔度法监测裂纹长度
用附录A5描述的柔度法测定C(T)试样的裂纹长度。

A1.5.2.1
图A1.4（34）中显示了用于加荷测试C(T)试样的理论柔度表达式，额外的测量位置可通过旋转系数得到。

该方程用于平面应力计算，无论负荷是否加在裂纹尖端，这种应力状态最适合裂纹尖端的远程测量。

注释 A1.4—对于W = 40 mm的 C(T)试样，图A1.4显示了位于四个位置中任意一处的测量点：在a±10伏电压范围内应校准到50微米/伏，则可
以提供足够的分辨率。

A1.5.2.2 已经观察到使试样C(T)弯曲的夹紧方式会影响相应的读数，可以用带平底销孔或销钉支架的U形夹夹紧C(T)试样来解决此类问题，如图A1.3所示。

A2. 中心拉伸试样
A2.1 引言
A2.1.1中心拉伸试样M(T)是一种中央裂纹试样，这种试样能适用于拉—拉或拉—压加荷。

A2.1.2 M(T) 试样优于许多其它试样之处在于它能够经受正向和负向的压力比率下的疲劳载荷
A2.1.3 在近门槛
状态（低于 10–8
米/周期), 在满
足M(T)试样的对
称裂纹要求时，可
能会遇到困难，假
设R≥0，C(T) 或
ESE(T)试样可以作
适当的替代品。

A2.2 试样形状，尺寸和制备
A2.2.1 图A2.1中给出了M(T)标准试样的几何形状，然而试样的特殊几何形状与A2.3节中规定的夹紧方法有关。

A2.2.2 这种考虑试样翘曲和穿透裂纹曲率，M(T)试样的厚度 B和宽度 W在下列范围内可以单独变化。

A2.2.2.1 M(T)试样的推荐厚度在W/8 ≤ B ≤ W/4范围内，为了避免M(T)试样产生过度的横向挠曲或翘曲所必要的最小厚度，对于试样标距、夹具
对称及负荷比R较敏感。

对于特殊几何形状的试样和所研究的加荷条
件，建议应取得应变片测量数据，弯曲应变不得超过标称应变的5%。

A2.2.3 对于M(T)试样(图A2.1), a 需在裂纹的中心、垂直平分线处测量。

图 A2.1疲劳裂纹扩展速率测试的中心拉伸M(T)试样，W≤75 毫米 (3英寸)
注释1-尺寸单位为毫米（英寸）
居中于试样中心线±0.001W以内
注释2- 机加工缺口2a
n
注释3- 对于宽度w≥75毫米(3英寸)的试样，建议采用带有多螺栓的
U形夹具(类似于实践56l中的设备设计)。

注释4- 表面（包括销孔）光洁度应大于或等于0.8（32）
应该相对于试样中心线而对中，偏差在±A2.2.3.1 M(T)试样上的机加工缺口2a
n
0.00l W以内。

M(T)试样中机械加工缺口的长度，应视实际的机械加工条件
而定，并不受K—标定界限的限制。

A2.2.4 当采用柔度法监测M(T)试样中裂纹扩展以便能得到准确的裂纹长度测
定时，建议2a
至少为0.2w。

n
A2.2.5 缺口和试样预裂详情见E 647正文中的图1
A2.2.6 试样尺寸—为了使按本方法得到的结果有效，要求在所有外加负荷下试样
基本处于弹性状态。

满足这一要求的试样的最小平面尺寸，主要取决于经验
数据和特定的试样外形（10）。

A2.2.6.1 M(T)试样要求满足如下表达式：
这里: (W -2a) = 试样的未开裂韧带(图 2),
B = 试样的厚度
б
= 试验材料在疲劳裂纹扩展速率的温度下测定线性偏置量为YS
0.2%的屈服强度
注释A2.1高应变硬化材料见E 647正文注释5
A2.3 设备
A2.3.1 M(T)试样的夹头和夹具——用于M(T)试样的夹头和夹具的类型，
乃取决于试样的宽度W(见图A2.1规定)及加荷条件(即拉—拉或拉—压加
荷)。

所要求的试样最小标距随夹头的类型而改变，这样在试验过程中，
试样标距内会产生均匀的应力分布。

对于薄板的试验，必须采用约束板，
以便减小试样的翘曲(见E561推荐方法关于翘曲约束的建议)。

A2.3.1.1 对于宽度W≤75毫米(3英寸)试样的拉—拉加荷，如果试样的
标距(即加荷销之间的距离)不小于3W(图 A2.1)，则用U形夹具和单个销
子装置来夹紧比较合适。

对于这种装置，为了防止从试样加荷孔处萌生磨。