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金属平面应变断裂韧度KIC测定共24页文档
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
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24Leabharlann ▪26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
金属平面应变断裂韧度KIC 测定
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
断裂韧性KIC测试试验
实验五断裂韧性K测试试验IC一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σ和K的参考值CyⅠ本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为40Cr，其热处理工艺如下：①热处理工艺：860℃保温1h，油淬；220℃回火，保温0.5~1h；②缺口加疲劳裂纹总长：9~11mm（疲劳裂纹2~3.5mm）③不导角，保留尖角。
样品实测HRC50，从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：-3/2。
m ψ=34%，K=42MN·，σ=σ=1650MPa，σ=1850MPaδ=9%，CyⅠ0.2b5二、试样的形状及尺寸国家标准GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度K试验方法》中规定了两种测CⅠ试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B））和紧凑拉伸试样（代号C(T)）。
这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。
本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B））。
试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示：为了达到平面应变条件，试样厚度B必须满足下式：2 y)/σB≧2.5(K CⅠ2 σy)≧a2.5(K/CⅠ2 σy)W-a）≧2.5(K/（CⅠ式中：σ—屈服强度σ或σ。
y0.2s因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的K和σ值，再根据上式确定试样yCⅠ的最小厚度B。
若材料的K值无法估计，则可根据σ/E的值来确定B的大小，然后再确yCⅠ定试样的其他尺寸。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样毛坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。
试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削，随后开缺口和预制裂纹。
试样上的缺口一般在钼丝电切割机床上进行切割。
为了使引发的裂纹平直，缺口应尽可能地尖锐。
开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不小于2.5%W，且不小于1.5mm。
a/W值应控制在0.45~0.55范围内。
本试样采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），其尺寸：宽W=19.92mm，厚B=10.20mm总长100.03mm。
钢轨平面应变断裂韧性 KIC试验方法
附录E（规范性附录）钢轨平面应变断裂韧性K IC试验方法E.1试验方法除本标准中的规定外，该项试验的其余内容均应按GB/T 4161执行。
E.2试样E.2.1试样取自钢轨横断面，其位置见图E.1。
E.2.2试样的厚度B=2 5mm，宽度W=40 mm。
单位为毫米试样所有其他尺寸见GB/T 4161－2007。
图E.1 断裂韧性试样的取样部位E.3试验数量对每个样轨至少取5个试样进行试验。
E.4试验条件E.4.1在温度为15 ℃～25 ℃，应力比大于0，小于＋0.1,载荷频率范围为15 Hz～120 Hz的条件下预制疲劳裂纹。
预制裂纹最终长度与试样宽度比为0.45～0.55，裂纹在扩展到最终1.25 mm时的最大应力强度因子（K max）应在18 MPa·m1/2～22 MPa·m1/2范围内。
E.4.2用控制位移方式对单边缺口三点弯曲试样加载，三点弯曲试样的加载跨距（S）为试样宽度（W）的4倍。
E.4.3试验温度为-20 ℃±2 ℃,可用点焊到试样上的非珠形热电偶测量试样温度，位置见图E.2。
为避免裂纹前部弯曲，建议采用GB/T 4161中规定的人字缺口。
单位为毫米图E.2 热电偶在断裂韧性样上的放置位置E.5试验数据分析E.5.1 K Q值按GB/T 4161中的规定进行计算。
除D.5.2～D.5.6的要求外，应按GB/T 4161确定K IC 是否有效。
E.5.2 在与95％的割线相交以前未发生pop-in时，P MAX/P Q应小于1.10。
对其他类型的曲线不规定P MAX/P Q的标准。
E.5.3 载荷—裂纹张开曲线Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅲ型（见图E.3）的线性度按下述方法检验：在恒定载荷0.8 P Q作用下测切线OA与载荷—裂纹张开曲线之间的距离（V1），在恒定载荷P Q 作用下，测切线OA与载荷—裂纹张开曲线之间的距离V，当V1≤0.25V时试验结果有效。
E.5.4 载荷—裂纹张开曲线Ⅱb、Ⅱc(见图E.3)的线性度按下述方法检验：a)在恒定载荷0.8 P Q和P Q的作用下，分别测切线OA与荷载—裂纹张开曲线之间的距离，并V和V*。
(完整版)断裂韧性KIC测试试验
实验五断裂韧性K IC测试试验一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σy和KⅠC的参考值本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为40Cr，其热处理工艺如下：①热处理工艺：860℃保温1h，油淬；220℃回火，保温0.5~1h；②缺口加疲劳裂纹总长：9~11mm（疲劳裂纹2~3.5mm）③不导角，保留尖角。
样品实测HRC50，从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：σy=σ0.2=1650MPa，σb=1850MPa，δ5=9%，ψ=34%，KⅠC=42MN·m-3/2。
二、试样的形状及尺寸国家标准GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度KⅠC试验方法》中规定了两种测试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B））和紧凑拉伸试样（代号C(T)）。
这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。
本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B））。
试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示：为了达到平面应变条件，试样厚度B必须满足下式：B≧2.5(KⅠC/σy)2a≧2.5(KⅠC/σy)2（W-a）≧2.5(KⅠC/σy)2式中：σy—屈服强度σ0.2或σs。
因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的KⅠC和σy值，再根据上式确定试样的最小厚度B。
若材料的KⅠC值无法估计，则可根据σy/E的值来确定B的大小，然后再确定试样的其他尺寸。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样毛坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。
试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削，随后开缺口和预制裂纹。
试样上的缺口一般在钼丝电切割机床上进行切割。
为了使引发的裂纹平直，缺口应尽可能地尖锐。
开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不小于2.5%W，且不小于1.5mm。
a/W值应控制在0.45~0.55范围内。
本试样采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），其尺寸：宽W=19.92mm，厚B=10.20mm 总长100.03mm。
KIC断裂实验指导书(正式)
图1测K IC 的标准试平面应变断裂韧性K 1C 的测定一、实验目的：了解金属材料平面应变断裂韧度测试原理和测试方法。
二、实验设备：RSA-250申克试验机；高频疲劳试验机；夹式引伸计；工具显微镜；游标卡尺。
三、试样：材料：40Cr(低温回火处理)。
名义尺寸：B=10mm ；W=20mm ；S ＝80mm 。
四、实验概述1. 实验原理：线弹性断裂力学中，带裂纹体裂纹尖端附近的弹性应力场的强度是用应力强度因子K 来度量。
线弹性断裂力学的分析证明：应力强度因子K 可表征为：a Y K σ=，其中：σ——外加应力；a ——裂纹深度；Y ——形状因子（与裂纹及试样的几何参数有关）。
I 型(张开型)裂纹的断裂准则为：当应力强度因子K I 达到其临界值Kc 时裂纹即失稳扩展而断裂。
如果裂纹尖端附近的材料处于平面应变状态，则I 型裂纹的断裂韧度值称为平面应变断裂韧性，记作K IC （ m MPa ）,它表征材料抵抗裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的一个定量指标，其中罗马数字Ⅰ是指Ⅰ型裂纹及裂纹顶端处于平面应变状态。
测试K IC 就是测试裂纹开始失稳扩展时的应力强度因子值。
具体方法是：对含有裂纹的三点弯曲试件或紧凑拉伸试件施加适当的载荷，使裂纹尖端处于I 型裂纹受载状态并引起裂纹扩展，记录载荷P 及裂纹嘴的张开位移V ，然后按规定在P —V 曲线上确定特征载荷P q 值，测量裂纹长度a ，将P q 值和a 带入相应试件的K I 表达式，计算K IC 的条件表达值Kq ，在进行有效性判断后确定Kq 是否是K IC 。
2. 试样形式： 测试K IC 常用的试件(如图1所示)是三点弯曲和紧凑拉伸两种标准试件，其中W ／B=2，a/W 在0.45—0.55之间，a 为裂纹长度。
对于两种形式的试件，其应力强度因子K I 分别按下面公式计算：对三点弯曲试样：⎪⎭⎫⎝⎛=W a f BWPS K I 23 --(1) 式中P 为载荷，B 、W 分别为试件的宽度和厚度，S 为跨度，a 为裂纹长度， f （a/W ）为试样几何形状因子，对于三点弯曲试件，f （a/W ）用下式表示：()()()()[]()()2322113W /a 2a/W 12W /2.7a 3.93a/W -2.15a/W -1a/W -1.99a/W W a f 2-++=⎪⎭⎫ ⎝⎛-- -(2)如采用标准试件，f （a/W ）值可查阅附表1。
强文江平面应变断裂韧性KIC的测定
的测定平面应变断裂韧性KIC班级：XXXXXXXXXX学号：************一、实验目的加深了解平面应变断裂韧度的应用及其前提条件，体验试验过程。
测量40Cr的平面应变断裂韧度。
二、实验原理断裂是材料构件受力作用下发生的最危险的变化形式，尤其是没有发生明显的宏观塑性变形的情况下就发生的断裂——脆性断裂。
理论分析和大量实践结果表明：在陶瓷、玻璃等脆性材料中，断裂条件是：σ√a=材料常数式中，σ为正应力，2a为试样或者构件中的裂纹长度。
这样的结果，应用于高强度金属材料的脆性断裂也与实际相符得非常好。
根据线弹性断裂力学，断裂的判据是裂纹前沿应力强度因子K达到其临界值——材料的平面应变断裂韧度KIC，即：K=Yσ√a≥K IC式中Y是裂纹的形状因子。
平面应变断裂韧度K IC是材料抵抗裂纹扩展能力的特征参量，它与裂纹的尺寸及承受的应力无关。
平面应变断裂韧性，可以用于评价材料是否适用，作为验收和产品质量控制的标准。
材料的断裂韧度受到冶金因素(成分、热处理)的制造工艺(如焊接、成形)影响。
应用平面应变断裂韧度对构件的断裂安全性进行评价，需要对构件的受力情况、工作环境、无损检测裂纹方法的灵敏度、可靠性等方面进行分析。
三、实验仪器及材料实验仪器：1.WDW-200D微机控制电子式万能材料试验机（试验力准确度优于示值的0.5%）2.游标卡尺（精度0.02mm）3.双悬臂夹式引伸计（原长10.00mm）4.工具显微镜15JE（精度0.001mm）实验材料：本试验采用经过860℃淬火、220℃回火处理的40Cr钢，屈服强度σs=1400MPa 实验样品：GB三点弯曲试样：试样中裂纹的制备要求测定裂纹失稳扩展时的裂纹应力强度因子的临界值，要求裂纹尖端具有足够高的应力集中效应，否则，易于造成试验因为应力——位移曲线不符合要求而得不到预定结果。
为此，试样中裂纹的制备由两道工序完成。
首先要通过机加工或者线切割方法制备出裂纹的主体部分，随后还要通过疲劳过程在此切割裂纹基础上制备出尖端很尖锐的疲劳裂纹。
平面应变断裂韧度KⅠC的测定
平面应变断裂韧度KⅠC的测定1 实验目的利用预制好疲劳裂纹的试样测定金属材料的平面应变断裂韧度K IC2 实验设备1、万能材料试验机；2、动态电阻应变仪、X-Y函数记录仪、载荷传感器及夹式引伸计；3、游标卡尺。
3 实验原理及装置对于三点弯曲试样，应力强度因子K I 的表达式为：I13/2(/)FSK Y a WBW式中：S、B、W及a分别为试样的跨度、厚度、宽度，以及试样的裂纹尺寸(如图8－3所示)；F为作用于试样中点的集中力；1(/)Y a W为形状修正系数，其值可查表得到(表8－1)。
随着外载荷F的增加，K I 随之增加。
然而K I的增加不是无限的，这种增加受到材料性能的限制，即当K I增加到某一临界值时，裂纹就会失稳扩展引起材料脆断。
这个临界值代表金属材料抵抗裂纹失稳扩展的能力，也就是材料的断裂韧度K IC。
所以在测试时，只要在试样的加载过程中，测出裂纹失稳扩展时的临界载荷F Q和试样裂纹尺寸a，就可以求出试样材料的临界应力强度因子K Q。
如果试样尺寸满足平面应变和小范围屈服条件，则此时的临界应力强度因子即为该材料的平面应变断裂韧度K IC 。
具体的做法是：对预制有疲劳裂纹的试样加载，在加载过程中用仪器记录下载荷增加和裂纹扩展情况的F －V 曲线（V －裂纹嘴张开位移）；根据曲线上裂纹失稳扩展时（临界状态）的载荷F Q 及试样断裂后测出的预制裂纹长度a ,代入应力强度因子K I 的表达式，可得13/2(/)Q Q F S K Y a W BW然后再根据规定的判据判断K Q 是不是平面应变状态下的K IC ，如果不符合判据的要求，则需加大试样尺寸重做实验。
实验装置如图8－1所示：应变仪记录仪图8－1 实验装置（三点弯曲试样） 4 实验步骤1、实验前先清洗裂纹嘴两侧，用胶将刀口粘到试样上；2、试验前用卡尺在裂纹前缘韧带部分测量试件厚度B 三次，测量精度精确到0.1%B 或0.025mm ，取其较大者，计算平均值。
材料断裂韧性 的测定
1
式中 FQ —临界载荷 K —条件断裂韧性
Q
九、数据可靠性检验的判据
按上述方法得到的 K Q 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/σ S)²α ≥2.5(KIC/σ S)²；W-α ≥2.5(KIC/σ S)²； ②载荷比判据。 Fmax 1.1 Fq
与强韧性的关系。
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 K I 来描述。当 K I 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。 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： K I < K IC
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
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/σ S)²； B：试样厚度， • ②α≥2.5(KIC/σS)² ； W：试样宽度或高度， • ③W-α≥2.5(KIC/σS)² ； α：预制疲劳裂纹长度
材料断裂韧性 K IC 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律及原因，了解该材料的断裂韧性
断裂韧性学生报告
断裂韧性K IC 的测定一、 试样尺寸与制备参照《金属材料平面应变断裂韧度试验方法》GB4164-84，试验采用标准三点弯曲试件，如图一所示。
图一L ─ 试件长度 W ─ 试件高度 S ─ 试件跨度 B ─ 试件厚度 a ─ 裂纹长度（机切裂纹、疲劳裂纹）预制裂纹先用线切割加工宽度小于0.13mm 的切口，然后用高频疲劳试验机预制长度大于1.3mm 的疲劳裂纹，使裂纹有足够的尖锐度。
裂纹总长a 在 (0.45～0.55)W 之间 。
二 、测试方法1．仪器设备a.力传感器 ；b.夹式引伸仪 ；c.动态应变仪 ；d.万能材料试验机 ；e. 标准刀口；图二图二2．测试方法测试装置如图二所示。
安装好三点弯曲试件，在试样的裂纹两侧安装上夹式引伸仪，以测量裂纹嘴张开位移V ；有载荷传感器测量载荷P Q 。
载荷信号及裂纹嘴张开位移信号经数据采集系统输入计算机。
在加载过程中，可连续记录 P-V 曲线。
由P-V 曲线便可定出临界载荷P Q 。
试件压断后测定试件断口的裂纹长度a ，就可求得材料的断裂韧性K IC 值.B(1)(2) 三、 实验结果的处理由于材料性能及试样尺寸不同,实测工程材料的P-V 曲线有三种基本类型，如图三所示。
Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型图三1、临界载荷P Q 的确定a.Ⅰ型P-V 曲线： P Q = Pmaxb.Ⅱ型P-V 曲线： P Q =P 5之前的最大载荷c. Ⅲ型P-V 曲线： P Q =P 5采用割线偏解法从P-V 曲线确定P Q 。
先从原点O 作相切于初始直线段OA ，过点再作等于OA 斜率95%的割线OB ，割线OB 与P-V 曲线交点的纵坐标值则为临界载荷P Q 。
2、测定试件断口的裂纹长度a试样压断后，测量试样断口的裂纹长度a 。
由于裂纹前沿程弧型，规定测1/4B 、1/2及3/4B 三处的裂纹长度a 2 、a 3、 a 4，取平均值作为裂纹长度a 。
3、计算断裂韧性K IC 值：下表给出了由（2）式建立的 a/w —f (a/w)对应值，可直接查表得f (a/w) ABPmaxPma xPmax =⎪⎭⎫ ⎝⎛=W af BW SP K Q I 23322221)1)(21(2)]17.293.315.2)(1)((99.1[)(3Wa W a W a W a W a W a Wa W a f -++---=⎪⎭⎫ ⎝⎛把相应得试件尺寸、P Q 及f (a/w)代入裂纹尖端应力强度因子的表达（1） 既可求得K IC 值。
(完整版)断裂韧性KIC测试试验
实验五断裂韧性K IC测试试验一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σy 和KⅠC的参考值本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为40Cr，其热处理工艺如下：①热处理工艺：860℃保温1h，油淬；220℃回火，保温0.5~1h ；②缺口加疲劳裂纹总长：9~11mm （疲劳裂纹2~3.5mm）③不导角，保留尖角。
样品实测HRC50，从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：σy=σ 0.2=1650MPa，σb=1850MPa，δ 5=9%，ψ =34%，KⅠC=42MN · m -3/2。
二、试样的形状及尺寸国家标准GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度KⅠC 试验方法》中规定了两种测试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B））和紧凑拉伸试样（代号C（T））。
这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。
本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B））。
试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示：为了达到平面应变条件，试样厚度 B 必须满足下式：B≧2.5（KⅠC/ σy）2a≧2.5（KⅠC/ σy）2（W-a）≧ 2.5（KⅠC/σ y）2式中：σ y—屈服强度σ 0.2 或σ s 。
因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的KⅠC 和σ y 值，再根据上式确定试样的最小厚度B。
若材料的KⅠC 值无法估计，则可根据σ y/E 的值来确定B 的大小，然后再确定试样的其他尺寸。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样毛坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。
试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削，随后开缺口和预制裂纹。
试样上的缺口一般在钼丝电切割机床上进行切割。
为了使引发的裂纹平直，缺口应尽可能地尖锐。
开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不小于2.5%W，且不小于1.5mm 。
a/W 值应控制在0.45~0.55 范围内。
本试样采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），其尺寸：宽W=19.92mm ，厚B=10.20mm 总长100.03mm 。
（完整版）断裂韧性KIC测试试验
（完整版）断裂韧性KIC测试试验实验五断裂韧性K IC测试试验⼀、试样的材料、热处理⼯艺及该种钢材的σy和KⅠC的参考值本实验采⽤标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为40Cr，其热处理⼯艺如下：①热处理⼯艺：860℃保温1h，油淬；220℃回⽕，保温0.5~1h；②缺⼝加疲劳裂纹总长：9~11mm（疲劳裂纹2~3.5mm）③不导⾓，保留尖⾓。
样品实测HRC50，从机械⼿册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：σy=σ0.2=1650MPa，σb=1850MPa，δ5=9%，ψ=34%，KⅠC=42MN·m-3/2。
⼆、试样的形状及尺⼨国家标准GB/T 4161-1984《⾦属材料平⾯应变断裂韧度KⅠC试验⽅法》中规定了两种测试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B））和紧凑拉伸试样（代号C(T)）。
这两种试样的裂纹扩展⽅式都是Ⅰ型的。
本实验采⽤标准三点弯曲试样（代号SE（B））。
试样的形状及各尺⼨之间的关系如图所⽰：为了达到平⾯应变条件，试样厚度B必须满⾜下式：B≧2.5(KⅠC/σy)2a≧2.5(KⅠC/σy)2（W-a）≧2.5(KⅠC/σy)2式中：σy—屈服强度σ0.2或σs。
因此，在确定试样尺⼨时，要预先估计所测材料的KⅠC和σy值，再根据上式确定试样的最⼩厚度B。
若材料的KⅠC值⽆法估计，则可根据σy/E的值来确定B的⼤⼩，然后再确定试样的其他尺⼨。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样⽑坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹⾯取向和裂纹扩展⽅向。
试样⽑坯粗加⼯后，进⾏热处理和磨削，随后开缺⼝和预制裂纹。
试样上的缺⼝⼀般在钼丝电切割机床上进⾏切割。
为了使引发的裂纹平直，缺⼝应尽可能地尖锐。
开好缺⼝的试样，在⾼频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不⼩于2.5%W，且不⼩于1.5mm。
a/W值应控制在0.45~0.55范围内。
本试样采⽤标准三点弯曲试样（代号SE（B）），其尺⼨：宽W=19.92mm，厚B=10.20mm 总长100.03mm。
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KIC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a1a /mm 2a /mm 3a /mm 4a /mm 5a /mma /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 4071.9862.65952.99702.5970168102.7512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 25.0012.50 403 20#钢退火态370 25.00 12.00 40725.0012.00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 26650.30726650.307403 40714523.80016479.500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 ；QP =28329.852N当S/W ＝4时，= 1.907则=1619.592）KQ 的有效性判定 （1）max P /QP =1.000（2）2Y)(5.2δQK = 5.948对于09试样= 1.052则=1794.312）KQ 的有效性判定 （1）max P /QP =1.000（2）2Y)(5.2δQK = 7.302.20#钢退火态试样 对于403试样 当S/W ＝4时，= 0.8494则=692.452）KQ 的有效性判定 （1）max P /QP =1.269（2）2Y)(5.2δQK = 12.50对于407试样当S/W ＝4时，= 0.8814则=853.422）KQ 的有效性判定 （1）max P /QP =1.13（2）2Y)(5.2δQK = 13.30根据QK 有效性的判据：（1）max / 1.10Q P P ≤；（2）22.5(K /)Q S B σ≥。
平面应变断裂韧性KIC的测定
平面应变断裂韧性K IC的测定材化08李文迪[试验目的]测试的基本方法，操作顺序及技术要求，体验试验过程。
1. 了解平面应变断裂韧度KIC2.测量40Cr的平面应变断裂韧度。
[试验原理]断裂是材料构件受力作用下发生的最危险的变化形式，尤其是没有发生明显的宏观塑性变形的情况下就发生的断裂-脆性断裂。
理论分析和大量时间结果表明：在陶瓷、玻璃等脆性材料中，断裂条件是=材料常数式中，σ为正应力，2a为试样或者构建中的裂纹长度。
这样的结果，应用于高强度引述材料的脆性断裂也与实际相符合的很好。
根据线弹性断裂力学，断裂的盘踞是断裂前沿应力强度因子K达到其临界值-材料的平面应变，即：断裂韧度KICK Y K=IC是材料抵裂纹拓展能力的特征参式中Y是断裂的形状因子，平面应变断裂韧度KIC量，它与裂纹的尺寸及承受的应力无关。
平面应变断裂韧性，可以用于评价材料是否适用，作为验收和产品质量控制的标准。
材料的断裂韧度收到冶金因素的制造工艺影响。
应用平面应变断裂韧度对构建的断裂安全性进行评价，需要对构件的受力情况、工作环境、无损检测裂纹方法的灵敏度、可靠性等方面进行分析。
[试验式样与样品]本试验采用经过860 o C淬火、220 o C回火处理的40Cr钢，屈服强度s=1400MPa，材料形状尺寸如图一所示：试验工具：微机控制电子式万能材料试验机（试验力准确度优于示值的%）2.游标卡尺（精度）3.双悬臂夹式引伸计（原长）4.工具显微镜15JE（精度）[试验步骤]（1）测定试样的厚度B，要求沿着裂纹的语气拓展面在未断开的区域测量厚度，精度要求到或者%B中的较大者。
测量试样的宽度W。
（2）对试样粘贴引伸计的卡装刀口。
将试样安放于试验机上，要求裂纹扩展面与加载压头处于同一个平面上，避免二者错位或者形成明显不足为0的夹角。
（3）对试样加载，测量载荷P-位移V关系曲线，知道试样被完全断裂为止。
加载速度控制标准为：应力强度因子的速率在~（4）在裂纹拓展断裂的试样断口上，借助于测量工具显微镜，在试样厚度方向上1/4,1/2,3/4位置上测量裂纹长度，记作a1和a5,。
金属平面应变断裂韧度KIC测定
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
5
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：
表1 断裂韧度试验记录表
试样材料 热处理 试样尺寸/mm 缺口形状 缺口宽度/mm 缺口深度/mm 断裂韧度
18
19
图1 三点弯曲试样
图2 紧凑拉伸试样
20
W W
W
图3 预制疲劳裂纹时两条标线的位置
图4 三点弯曲试样断裂韧度试验
21
a1
a2
a3
a4
W a5
图5 裂纹长度的测量位置 图6 F-V曲线的三种基本形式
（1） （2）
B 2.5( KIC )2
s
Pmax /PQ 1.1
Hale Waihona Puke • 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。
6
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。
实验三 平面应变断裂韧性KIC的测定
八 .参考文献
【1】杨王玥，强文江.材料力学行为[M].北京：化学工业出版社，2009. 【2】GB4161-84 金属材料平面应变断裂韧性 K IC 实验方法.
三 .实验材料与试样
本实验采用经过 860℃淬火， 220℃低温回火处理的 40Ｃｒ钢， 其屈服强度σ s ＝１４００Mpa. 试样为 GB4161-84 规定的标准三点弯曲试样，名义尺寸：宽度 W=20mm，厚度 B=10mm，跨 距 S=80mm。 试样需要预先制备出尖端很尖锐的裂纹，为此，经过热处理后的试样首先完成外形尺寸的精 加工然后采用线切割制备出第一条裂纹。由于线切割的钼丝直径一般在 0.2mm 左右，裂纹的 尖端不够尖锐，应力集中效果不够好，故此还要施加循环应力作用，在一段裂纹的前端在制 备出非常尖锐的疲劳裂纹。国标中对于疲劳裂纹的制备条件及形状尺寸规定了严格的要求。
4）计算 Ro
1 KI 1 54.3Mpa m Ro= = 1.69*10-4 m=0.169mm = 2 2 π s 2 2 π 1400MPa
2
2
5)验证小塑性区条件
54.3Mpa m K 3 2.5 I = 2.5 m= 3.76 mm ，小于 B 和 a 1400Mpa =3.76*10 s
四 .实验设备和仪器
1.WDW-200D 微机控制电子式万能材料试验机：试验力准确度优于示值的 0.5% 2.双悬臂夹式引伸计 3.工具显微镜：精度 0.001mm 4.游标卡尺：精度 0.02mm
五 .实验步骤
1.测量试样尺寸。从疲劳裂纹顶端至试样的无缺口边，沿着预期的裂纹扩展线，在三个等间 隔的位置上测量厚度 B，准确到 0.025mm 或 0.1%B，取较大者，取三次平均值；在缺口附近 三个位置测量宽度 W，准确到 0.0025mm 或 0.1%W，取较大者，计算平均值； 2.装卡引伸计。在试样裂纹两侧用 502 胶对称的粘贴一对卡口片来装卡固定引伸计，引伸计 的标距为大约 5mm 3.加载测试。将试样安装于试验机上并调整其位置，尽量使裂纹扩张面与加载压头处于同一 个平面上。在计算机的界面上设置加载速度 0.3mm/min，然后对试样加载，计算机屏幕显示 载荷 P—裂纹嘴张开位移 V 关系曲线。最后可以看见随着裂纹的扩展，试样被压断成两截， 测试结束。 4.观察断口形貌。从试验机上取下试样，观察断口，可以看到黑色的线切割裂纹区，深灰色 的疲劳裂纹扩展区和浅灰色的瞬间断裂区。 5.测量裂纹长度。使用工具显微镜在试样断口的厚度方向 1/4,1/2 和 3/4 的位置上测量裂纹长 度，记做 a2， a3， a4 取它们的平均值为裂纹长度 a。同时，测量两个自由表面上的裂纹长 度，记做 a 1 和 a5。各测量准确到 0.5%。 6.确定条件载荷 Pq。在记录的 P-V 曲线上要确定裂纹长度的表观扩展量为 2% 时的载荷 Pq，而 2%的裂纹扩展量对应的裂纹嘴张开位移的相对增量为 5%，所以确定 Pq 的方法为：沿着 P-V 曲线的线性段作过原点的直线 OA，并通过 O 点画割线 OP5 使割线斜率为 OA 斜率的 0.95 倍。 若在 P5 点之前，每一点的载荷都低于 P5，则取 Pq=P5；如果在 P5 之前还有一个超过 P5 的最大 载荷，则取此最大载荷为 Pq。 7.计算条件值 Kq 以及裂纹前沿塑性区尺寸 Ro。
有机玻璃断裂韧性测量实验
一、 实验名称：有机玻璃SENB 断裂韧性测量实验 二、 实验目的1. 学习了解有机玻璃平面应变断裂韧度K 1C 试样制备，断口测量及数据处理的关键要点。
2. 掌握有机玻璃平面应变断裂韧度K 1C 的测定方法。
三、 实验器材：岛津万能实验机、三点弯曲试件、游标卡尺 四、 实验原理：本实验按照国家标准GB4161-2007规定进行。
1. 材料断裂韧性的定义：在线弹性断裂力学中，材料发生断裂脆断的一个重要准则是IC I K K =式中，I K 为应力强度因子，它是反映裂纹尖端附近应力场强弱的参量，其值决定与构件的几何形状、裂纹尺寸和外加载荷的大小；而IC K 是材料在平面应变状态和小范围屈服条件下，I 型裂纹发生失稳扩展时的临界应力强度因子，也称为材料的平面应变断裂韧度。
IC K 表征材料在线弹性范围内有裂纹是抵抗断裂的能力，是材料固有的一种力学性质。
因此，在一定条件下，它与加载方式、试样类型和尺寸无关，可以通过实验测定。
在测试IC K 时，试样的I K 表达式已知，a P Y a Y K I ππσ'==。
式中，Y 、Y '是试样的形状因子，在试样形状和尺寸一定时是常数；P 是加在试样上的外载荷；a 是裂纹的长度。
所以，在测试时，只要在试样加载过程中，测出裂纹失稳扩展时的临界载荷C P （或临界应力C σ）和试样的裂纹尺寸a ，就可以求出试样材料的临界应力强度因子。
由于要求试样在平面应变和小范围屈服条件下失稳扩展，裂纹失稳扩展前原长仍为a ，所以平面应变断裂韧度IC K 的测定，实际上只是临界载荷C P 的测定。
2. 应力场强度因子K 1表达式对于三点弯曲试样，应力强度因子的表达式为：-------------------------------------------------------------------------------------------------------13/2PS a K f BW 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，如图1所示。
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实验五断裂韧性K IC测试试验一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σy 和KⅠC 的参考值本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为 40Cr，其热处理工艺如下：①热处理工艺：860℃保温 1h，油淬； 220℃回火，保温0.5~1h ；②缺口加疲劳裂纹总长：9~11mm （疲劳裂纹2~3.5mm）③不导角，保留尖角。
样品实测 HRC50，从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：σy=σ0.2=1650MPa，σb=1850MPa，δ5=9%，ψ=34%，KⅠ C=42MN·m-3/2。
二、试样的形状及尺寸国家标准 GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度KⅠC试验方法》中规定了两种测试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（ B））和紧凑拉伸试样（代号C(T)）。
这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。
本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（ B））。
试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示：为了达到平面应变条件，试样厚度 B 必须满足下式：B≧ 2.5(KⅠC/ σ y)2a≧ 2.5(KⅠC/ σ y)2（W-a）≧ 2.5(KⅠC/ σ y)2式中：σ y0.2或σs 。
—屈服强度σ因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的KⅠC和σy值，再根据上式确定试样的最小厚度 B。
若材料的KⅠC值无法估计，则可根据σyB 的大小，然后再确/E 的值来确定定试样的其他尺寸。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样毛坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。
试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削，随后开缺口和预制裂纹。
试样上的缺口一般在钼丝电切割机床上进行切割。
为了使引发的裂纹平直，缺口应尽可能地尖锐。
开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不小于 2.5%W，且不小于 1.5mm 。
a/W 值应控制在 0.45~0.55 范围内。
本试样采用标准三点弯曲试样（代号 SE（B）），其尺寸：宽 W=19.92mm ，厚 B=10.20mm总长 100.03mm 。
三、实验装置制备好的试样，在MTS810 材料力学试验机上进行断裂试验。
对于三点弯曲试样，其试验装置如图5-2 所示。
可将采集的试验数据以文件形式（数据采集间隔0.1s）存储在计算机中，同时利用3086-11 型 X— Y 系列实验记录仪绘制P— V 曲线。
本实验跨距S 为 80mm ，弯曲压头速率0.01mm/s 。
用 15J 型工具显微镜测量试样的临界裂纹(半 )长度 a。
图 5-2 三点弯曲试验装置示意图1—试验机上横梁；2—支座； 3—试样； 4—载荷传感器；5—夹式引伸计；6—动态应变仪；7—X—Y 函数记录仪。
如图 5-2 所示，在试验机的横梁 1 上，换上专用支座 2，用辊子支承试样3，两者保持滚动接触。
两支承辊的两端头用软弹簧或橡皮筋拉紧，使之紧靠在支座凹槽的边缘上，以保证两辊的距离等于试样的跨距S。
载荷传感器 4 为一钢制圆筒弹性元件，壁上贴有电阻应变片，全桥连接。
受载时，圆筒变形，由应变片输出载荷讯号P。
夹式引伸计 5 的构造及其在试样上的安装方法见图 5-3。
引伸计为两弹簧片悬臂梁，中间用垫块隔开，螺钉连紧。
弹簧片上贴有电阻应变片（ T1、 T2 及 C1、 C2）。
试验前先在试样上缺口两侧用“502”胶水对称贴上刀口（本实验引伸计两臂末端初始间距为12mm ，刀口初始间距应略大于12mm ），引伸计的两臂末端就卡在刀口上。
试验过程中，裂纹嘴受载荷张开，刀口距离增大，弹簧片松弛，由应变片将裂纹嘴两侧刀口张开量V 变成电讯号传送出去。
图 5-3 夹式引伸计构造及安装1－试样2－刀口3－引伸计载荷讯号 P 及裂纹嘴两侧刀口张开位移讯号V，均需输入试验机控制器中，所采集的试验数据以文件形式（数据采集间隔0.1s）存储在计算机中，同时模拟信号传送到3086-11 型X—Y 系列实验记录仪7 中，可在坐标纸上实时自动绘出P— V 曲线。
四、实验步骤1. 参观试样切割缺口及预制疲劳裂纹的设备及过程。
2. 测量试样尺寸：在疲劳裂纹前缘韧带部分测量试样厚度 B ，在切口附近测量试样宽度W ，测量 3 次取平均值。
测量精度要求0.02mm 或 0.1%B （或 W ）。
3. 安装三点弯曲试验底座，使加载线通过跨距 S 的中点，偏差在 1%S 以内。
放置试样时应使缺口中心线正好落在跨距的中点， 偏差也不得超过 1%S ，而且试样与支承辊的轴线应成直角，偏差在± 2°以内。
4. 将载荷传感器和位移传感器的接线，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，将载荷和位移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，使记录曲线的初始斜率在 0.7 ~ 1.5 之间，最好为 1，并使画出的图形大小适中。
5. 开动试验机，对试样缓慢而均匀地加载（本实验弯曲压头速率 0.01mm/s ），选择加载速度应使应力场强度因子的增加速率在0.55 ~ 2.75 MN · m-3/2 / s 范围内。
当采用S/W=4 ，a/W=0.5 的三点弯曲试样时，对钢件也可按 0.04B ~ 0.2B mm / 分钟 的横梁移动速度进行加载。
对于某些老式试验机系统，加载时必须在 P — V 曲线上记录任一初载荷（由试验机测力 度盘读出）和断裂载荷的数值，以便于对 P — V 曲线上的载荷进行标定，本实验所用测试系统不需要进行此过程。
6. 加载结束后，压断试样，从 3086-11 型 X — Y 系列实验记录仪上取下记录的 P — V 曲线。
7. 由于裂纹前沿不平直， 取断裂后的试样在断面上划线，如图所示， 规定测量1B 、1B 和 3B 三处的裂纹长度 a2、a3、 a4 及 a14 2和 a5，然后取其平均值a =1/3(a2+a3+a4)得临界裂纹4（半）长度 a 。
五、实验数据及处理（1）计算机数据1、确定条件裂纹失稳扩展载荷P Q图 1-1 P-V Linear Fit of Slopedata截取图1-2P-V 曲线上截取直线段部分，用Linear Fit 进行直线拟合，求出直线斜率Slope=77.27653图 1-2 P-V 曲线在图 1-2P-V 曲线上从原点 O 作一相对于直线 OA 部分斜率减少 5%的割线来确定裂纹扩展 2%时相对应的载荷 P5， P5是割线与 P-V曲线的交点纵坐标值：即取x=0.2mm ， y=0.2× 77.27653× 0.95=14.6825KN,过（ 0， 0）和（ 0.2 ， 14.6825 ）做直线与 P-V 曲线相交，用“屏幕上取点” 读出其纵坐标值P 为 6.09188，由于在 P 以前没有55比 P5 大的高峰载荷，则P Q=P5=6.09188KN。
2、测定临界裂纹（半）长度a将压断的试样在15J 型工具显微镜上或其它精密测量工具下测定临界裂纹（半）长度a，测量精度0.01mm 。
由于裂纹前沿不平直，规定测量1B、1B和 3 B 三处的裂纹长度a2、424a3、 a4，然后取其平均值 a =1/3(a2+a3+a4)。
由测量得： 11 号试样宽 W=19.92mm ，厚 B=10.02mm ，总长 100.03mm ，a1=9.21mm ，a2=9.48mm ， a3=9.37mm ， a4=9.37mm，a5=9.02mm 。
所以， a =1/3(a2+a3+a4)=1/3（9.48+9.37+9.37）=9.41mm。
a2， a3 和 a4 中的最大值与最小值之差= a2-a3=9.48mm-9.37mm=0.11mm ，而 2.5%W=0.025× 19.92=0.498mm,所以 a2，a3 和 a4 中的最大值与最小值之差不超过 2.5%W且同时任一 a 值均大于 2.5%W，同时不小于 1.5mm 。
此外，表面临界裂纹（半）长度a1 和 a5 均大于a的 90%，即 8.469mm ，所以，试验有效。
3、计算条件断裂韧性K Q将 P Q和 a 值代入 KⅠ表达式计算 K Q。
对于标准三点弯曲试样按下式计算：P =6.09188KN， S=80mm,B=10.02mm,W=19.92mm,a/W=9.41/19.92=0.472Q由表 5-2可以查得 YⅠ（a） =2.44WP Q ?S a 6.0918810 38010 3 3 / 2K Q B?W3/2 ?Y (W)10.02 10 3(19.9210 3)3/22.4441.466MN ? m4、判定 K Q的有效性①Pmax=9.326KN， PQ=6.09188KN， Pmax/PQ=9.326/6.09188=1.531>1.1② 2.5(K Q/ σ y)2=2.5× (41.466/1650) 2=1.579mm ，所以 B>2.5(K Q/ σ y)2K 不满足条件①，但满足条件②，所以K ≠K，K 无效。
Q QⅠ c Q（2）坐标纸数据：由 3086— 11 型系列实验记录仪上取下记录的P-V 曲线，用取点法将坐标纸上的数据抄录在 Origin 的数据表格上，然后乘以各自系数作出P~V 曲线。
1、确定条件裂纹失稳扩展载荷P Q图 1-3 P-V Linear Fit of Slopedata截取P-V 曲线上截取直线段部分OA，用Linear Fit 进行直线拟合，求出直线斜率Slope=85.34483图 1— 4 P-V曲线在图 1-4 P-V 曲线上从原点O 作一相对于直线 OA 部分斜率减少 5%的割线来确定裂纹扩展 2%时相对应的载荷 P5， P5是割线与 P-V曲线的交点纵坐标值：即取 x=0.1mm ， y=0.1×85.34483× 0.95=8.1078KN，所以在坐标纸上取点为（0.1，8.1078），过（ 0， 0）和（ 0.1 ， 8.1078 ）做割线与P-V 曲线相交，读出其纵坐标值4.5，由于在 P5以前没有比 P5 大的高峰载荷，则P Q=P5=4.5KN。
2、测定临界裂纹（半）长度a在计算机数据处理过程中已经得到 a =1/3(a2+a3+a4)=1/3（9.48+9.37+9.37）=9.41mm，且试验有效。
3、计算条件断裂韧性K Q将 P Q和 a 值代入 KⅠ表达式计算K Q。
对于标准三点弯曲试样按下式计算：P Q=4.5KN， S=80mm,B=10.02mm,W=19.92mm,a/W=9.41/19.92=0.472由《材料性能》书中表5-2可以查得 Y （a） =2.44ⅠWK Q P Q ?S?Y (a 4.5 103 80 1032.44 31.18MN ? m 3 / 2B ?W 3 / 2)10.02 10 3(19.92 10 3)3/ 2 W4、判定 K Q的有效性①Pmax=9.3359KN， P Q=4.5KN， Pmax/PQ=9.3359/4.5=2.07>1.1②Q22Q22.5(K / σ y) =2.5× (29.80/1650) =0.8154mm ，所以 B>2.5(K / σy)K 不满足条件①，但满足条件②，所以K ≠K，K 无效。