断裂韧性KIC的测定

材料力学性能实验报告

姓名：刘玲班级：材料91 学号：09021004 成绩：

的测定

实验名称断裂韧性K

IC

实验目的了解金属材料平面应变断裂韧性测试的一般原理和方法

实验设备 1.万能材料试验机一台（型号CSS-88100)

2.位移传感器及自动记录装置

3.游标卡尺一把

4.显微测试仪一台

5.三点弯曲试样四个

试样示意图

试样宏观断口示意图（韧断，脆断）

图1 20钢脆断

图2 40铬韧性断口

实验记录及Q P 的确定

表1 裂纹长度a

1a /mm 2a /mm 3a /mm 4a /mm 5a /mm

a /mm 03 2.478 5.0085 5.5680 5.2430 3.1925 5.2432 09 2.757 3.9505 4.134 3.992 3.1790 4.0255 403 2.800 3.4065 3.7085 3.4915 2.9185 3.5355 407

1.986

2.6595

2.9970

2.5970

16810

2.7512

表2 试样各数据

试样编号 试样材料 屈服强度(MPa)

高度W(mm) 宽度B(mm)

03 40Cr800℃+ 100℃回火 1050 25.00 12.50 09 25.00

12.50 403 20#钢退火态

370 25.00 12.00 407

25.00

12.00

表3 各试样实验测得的Q P 值及max P

试样编号

Q P (N) max P (N)

03 13270.126 13270.126 09 26650.307

26650.307

403 407

14523.800

16479.500

试验结果及有效性判定

1.对于40Cr800℃+100℃回火 03试样

1）厚度B=12.50mm; 宽度W=25.00mm; 跨距S=100.00mm a =5.2432mm ；

Q

P =28329.852N

当S/W ＝4时，

= 1.907

则

=1619.59

2）KQ 的有效性判定 （1）

max P /Q

P =1.000

（2）2Y

)(

5.2δQ

K = 5.948

对于09试样

= 1.052

则

=1794.31

2）KQ 的有效性判定 （1）

max P /Q

P =1.000

（2）2Y

)(5.2δQ

K = 7.30

2.20#钢退火态试样 对于403试样 当S/W ＝4时，

= 0.8494

则

=692.45

2）KQ 的有效性判定 （1）

max P /Q

P =1.269

（2）2Y

)(

5.2δQ

K = 12.50

对于407试样

当S/W ＝4时，

= 0.8814

则

=853.42

2）KQ 的有效性判定 （1）

max P /Q

P =1.13

（2）2Y

)(

5.2δQ

K = 13.30

根据Q

K 有效性的判据：（1）max / 1.10

Q P P ≤；（2）

2

2.5(K /)Q S B σ≥。在根据以上得

到的数据对Q K 的有效性进行判定，可以看到：

40Cr 的两个试样都满足以上两个判据，而20#钢试样都不满足以上判据。从而说明40Cr

的两个试样的断裂韧性实验是有效的，而20#钢试样的断裂韧性试验是无效的，需要加厚试样尺寸再进行试验

思考题：

1.对金属材料平面应变断裂韧性K IC的了解和认识。

答：平面应变断裂韧性K IC是材料在平面应变条件下，裂纹以张开型方式扩展的应力强度因子K I的临界值。它表征了材料抵抗裂纹突然扩张的阻力，及材料抵抗脆性破坏的能力。

2.讨论试样尺寸选择是否合适。不合适的原因是什么？由此进一步理解什么是平面应力？什么是平面应变？为什么平面应变情况最容易脆断？

答：平面应力是指板材较薄，在厚度方向可以自由变形，三向应变、两向应力的应力状态；平面应变是指板材较很厚，在厚度方向变形受到约束，三向应力、两向应变的应力状态；因为平面应变状态的断裂韧性最低，故其容易脆断。

指导教师：陈黄浦、余钊辉

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