平面应变断裂韧度K1c的测定(实验报告)

《晶体缺陷与强度理论》实验报告平面应变断裂韧度K1C的测定

姓名：**

学号：M*********

指导老师：***

学院：材料工程学院

完成时间：2010年12月15日

一、实验目的：

1、学习了解金属平面应变断裂韧度K1C试样制备，断口测量及数据处理的

关键要点。

2、掌握金属平面应变断裂韧度K1C的测定方法。

二、实验原理

本实验按照国家标准GB4161-84规定进行。

断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展能力的一种量度，在线弹性断裂力学中，材料发生脆性断裂的判据为：K1≤K1C，式中K1为应力场强度因子，它表征裂纹尖端附近的应力场的强度，其大小决定于构件的几何条件、外加载荷的大小、分布等。K1C是在平面应变条件下，材料中Ⅰ型裂纹产生失稳扩展的应力强度因子的临界值，即材料平面应变断裂韧度。裂纹稳定扩展时，K1和外力P、裂纹长度a、试件尺寸有关；当P和a达到P c和a c时，裂纹开始失稳扩展。此时材料处于临界状态，即K1=K1C。K1C与外力、试件类型及尺寸无关（但与工作温度和变形速率有关）。

(一)应力场强度因子K1表达式

三点弯曲试样：

K1=(PS/BW3/2)f(a/W)

式中：S为试件跨度，B为试件厚度，W为试件高度，a为试件裂纹长度。

试件B、W和S的比例为：B：W：S=1：2：8，见图2-1所示：

图2-1三点弯曲试件图

修正系数f(a/W)为a/W的函数，可以查表2-1，a/W在0.45-0.55之间。

(二)试样尺寸要求及试样制备

1、从记录的P-V曲线上按规定来确定P Q值；

2、裂纹长度用读数显微镜测出五个读数a1、a2、a

3、a4和a5，如下图，取中间三个读数平均值a=1/3(a2+a3+a4)；

3、根据测得到a和W值，计算a/W值(精确到千分之一)，f(a/W)数值查表或计算。

f(a/W)={3(a/W)1/2[1.99-(a/W)(1-a/W)×(2.15-3.93a/W+2.7a2/W2)]}/2(

1+2a/W)(1-a/W)3/2

4、将P Q、B、W和f(a/W)代入下式：

K Q=(P Q S/BW3/2)f(a/W)

即可算出K Q值，单位MPam1/2。

相关换算单位公式：MPam1/2=MNm-3/2，MPa=MNm-2，1kgf=9.807N，1kgfmm-3/2=0.310MPam1/2。

(六) 有效性校核

计算得到的K Q是否为平面应变断裂韧度K1C，需要进行校核。满足以下校核条件时，才能认为试验有效，即K Q=K1C。

1、任一处的疲劳裂纹长度均不得小于2.5%W，且不得小于1.5毫米；

2、a2、a

3、a4中最大裂纹长度与最小裂纹长度之差不得超过2.5%W(≈5%a)；

3、表面处裂纹长度a1、a5不得小于平均值a的90%；