金属平面应变断裂韧度KIC测定ppt课件

K I B W F S 1 / 2 ( 1 2 a a / W / W ) 3 / 2 0 . 8 6 6 4 . W 6 4 a 1 3 . 3 2 ( W a ) 2 1 4 . 7 2 ( W a ) 3 5 . 6 ( W a ) 4 1
当S＝4W时，式（1）又可表示为
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3．断裂实验
• 将制备好的试样用专门制作的夹持装置在一般 万能材料试验机或电子拉伸试验机上进行实验， 图4所示的是三点弯曲试样断裂韧度实验的示 意图。试样2放在支座上，机器油缸下装载荷 传感器1，下连压头，试样2下边装夹式引伸计 3。加载过程中，载荷传感器传出载荷P的信号， 夹式引伸计传出裂纹尖端张开位移V的信号， 将信号P、V通过放大器4输入X－Y函数记录 仪5，记录下P－V曲线，然后依P－V曲线确定 裂纹失稳扩展临界载荷PQ，依PQ和试样压断后 实测的裂纹长度a代入K式(式1）、
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预制疲劳裂纹开始时的载荷可较大，但最大交 变载荷也不应使Kfmax(预制疲劳裂纹时的最大 应力场强度因百度文库)超过材料KIC估计值的80%。 交变载荷的最低值应使最小载荷与最大载荷在 裂纹扩展最后阶段(即在裂纹总长度最后的 2.5%的距离内)，应使Kfmax≤60%KIC，并且 Kfmax/E<0.01mm1/2，同时调整最小载荷使载荷 比在-1~0.1之间。预制疲劳裂纹过程中，要用 放大镜或计数显微镜仔细监视裂纹的发展，遇 有试样两侧裂纹发展深度相差较大时，可将试 样调转方向继续加载。
• 3．标定引伸计。
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4．试样上粘贴刀口，安装引伸计，使刀 口与引申计两臂前端的凹槽密切配合。
5．将压力传感器和夹式引伸计的接线分 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，将压力F及 裂纹尖端开位移V的输出讯号分别接到 函数记录仪的“Y”和“X”接线柱上。调 整好函数记录仪的放大比例，使记录的 曲线线性部分的斜率在0.7-1.5之间，最 好在1左右；在调整动态应变仪和X-Y记 录仪的放大倍数使画出的图形大小适中。
• 试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削加工 (不需热处理的试样粗加工后直接进行磨削加 工)，随后开缺口和预制疲劳裂纹。试样上的 缺口一般用线切割加工。为了后面预制的裂纹 平直，缺口应尽可能尖锐，一般要求尖端半径 为0.08~0.1mm。
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• 开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制疲 劳裂纹。试样表面上的裂纹长度应不小于 0.25w或1.3mm，取其中之较大值。a/w应控制 在0.45~0.55范围内。预制疲劳裂纹时，先在试 样的两个侧面上垂直于裂纹扩展方向用铅笔或 其他工具画两条标线(图3)，其中标线AB与 0.5w相对应，标线CD在靠近缺口一侧，两条 标线间的距离应不小于缺口加疲劳裂纹总长度 的2.5%，即0.0125w。
金属平面应变断裂韧度 KIC测定
主讲教师：
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一、实验目的
• 1.了解金属材料平面应变断裂韧度KIC试 验的基本原理以及对试样形状和尺寸 的要求。
• 2.掌握采用三点弯曲试样测试KIC的方法 及试验结果的处理方法。
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二、实验原理
• 断裂韧度KIC是金属材料在平面应变和小范围 屈服条件下裂纹失稳扩展时应力场强度因子KI 的临界值，它表征金属材料抵抗断裂的能力， 是度量材料韧性好坏的一个定量指标。断裂韧 度KIC的测试过程，就是把试验材料制成一定 形状的试样，并预制出相当于缺陷的裂纹，然 后把试样加载。加载过程中，连续记录载荷P 与相应的裂纹尖端张开位移V。裂纹尖端张开 位移V的变化表示了裂纹尚未起裂、已经起裂、 稳定扩展或失稳扩展的情况。
K I B W F S 1 /2 ( 1 2 a a / W / W ) 3 /2 0 . 8 6 6 4 . W 6 4 a 1 3 . 3 2 ( W a ) 2 1 4 . 7 2 ( W a ) 3 5 . 6 ( W a ) 4 2
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1．试样尺寸的确定
• 标准规定，测得的KQ是否有效，要看是否满 足以下两个条件：
（1） （2）
B 2.5( KIC )2
s
Pmax /PQ 1.1
• 如果符合上述两项条件，KQ即KIC；如不符合， 则KQ不是KIC，须加大试样尺寸，重新实验。
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2．试样制备
• 试样可以从机件实物上切去，也可以从铸、锻 件毛坯或轧材上切取。由于材料的断裂韧度与 裂纹取向和裂纹扩展方向有关，所以在切取试 样时应予以注明。
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当裂纹起裂失稳扩展时，记录下载荷PQ，再将 试样压断，测得预制裂纹长度a，代入裂纹尖 端应力强度因子K的表达式中得到临界值，记 做KQ，然后按一些规定判断KQ是不是真正的 KIC；如果不符合判别要求，则KQ仍不是KIC， 需要重做。
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• 国标《金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方 法》规定的主要使用试样是三点弯曲和紧凑拉 伸两种，试样尺寸如图1和图2所示，K的表达 式为 ：
（式2)以求KQ。
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三、试验设备及材料
• 1.万能材料试验机：最大试验力100kN(或 300kN)，在活动横梁上应配备有专用的弯曲试 样支座一台。
• 2.动态应变仪一台；X-Y函数记录仪一台；压 力传感器100kN一个；夹式引伸计一个；位移 标定器一台；工具显微镜一台。
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• 3.实验用材料及试样：本试验采用图1所示的标准三点 弯曲试样。对于强度较高而韧性较差的材料，即使试 样尺寸较小也能满足平面应变和小范围屈服的条件。 对强度低、韧性好的材料，则要很大尺寸的试样才能 满足上述条件。为了保证用较小尺寸的试样测得有效 的高两K而种ICK中值IC任，较选试低一样。种材 试，料样也和材可热料根处及据理其上工热述艺处原的理则选工另择艺外应可选保在取证推。荐σ0.如2较下 (1) 40Cr钢，淬火+200℃回火。 (2) 2024铝合金，T6态。 每组学生领取同一种材料及热处理工艺的试样一个或 3个。 此外，尚需准备游标卡尺一把及支持引伸计用的刀口 6块，“502”快干胶水一瓶。
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四、试验步骤和方法
• 1. 测量试样尺寸。在缺口附近至少3个位置上 测量试样宽度W，准确到0.025mm或 0.1%δ(取其中之较大者)，取其平均值。
• 2．安装弯曲试样支座，使加力线通过跨距s的 中点，偏差在s的1%以内。放置试样时应 使裂纹顶端在位于跨距的正中，偏差也不 得超过s的1%,而且试样与支承辊的轴线应 成直角，偏差在±2 º以内。