测定40Cr钢的平面应变断裂韧度KIC

测定40Cr 钢的平面应变断裂韧度K IC

一、

试验目的：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。 二、 试验原理:断裂是材料构件受力作用下发生的最危险的变形形式，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=材料常数 （1）

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，对于高强度的金属材料的脆性断裂也于实际符合得很好。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IC K ,

IC K Y K σ=≥ （2） 式中Y 是裂纹的形状因子。平面应变断裂韧度IC K 是材料抵抗裂纹扩展能力的特征参

量，他与裂纹的尺寸及承受的应力无关。

三、 试样准备：本试验采用三点弯曲标准试样，宽度与厚度之比W/B 的名义值是2，试样时两个支撑点之间的夸距的名义值S=4W 。

四、

试样设备：足够加载能力的试验机，引伸计，工具显微镜 五、 试验过程：

1、 测定试样的厚度B=10.10mm ，宽度W=20.10mm

2、 对试样粘贴引伸计的卡装刀口。将试样安放在试验机上，要求裂纹扩展面与加载压头尽量处于同一个平面上，避免二者。

3、 对试样加载，测量载荷P-位移V 关系曲线，直到试样被完全断裂为止

4、 在裂纹扩张断裂的试样断口上，如图3示意性给出的那样，借助工具显微镜，在试样的 2.5，5.0，7.5mm 的位置上测量裂纹长度，记做a2,a3,a4; a2=10.178mm, a3=10.184mm,a4=10.186mm (显然a2,a3,a4满足测量准确度0.5%的要求) 同时两个自由表面上的裂纹长度a1=10.130mm, a5=10,223mm 。

试验有效性的判断：

裂纹长度a=(a2+a3+a4)/3=10.183mm 。（说明：a1与a5处于自由表面，不是平面应变状态，a 要求是处于平面应变状态下的裂纹，a2,a3,a4是平面应变状态

下的裂纹）

a2,a3,a4中任意两个测量值之差最大为a4-a2=0.008mm ＜a*10%=1.0183mm ；

a1,a5,a 中任意两个值之差最大为a5-a1=0.093＜a*10%=1.0183mm ； 观察裂纹面与BW 面基本平行，偏差在±10°以内。 由此可以判断试验有效。

六、 实验数据处理：

1、 有试验测得的载荷—位移曲线，确定裂纹扩展的对应载荷Pq 。根据其确定方法：将曲线线性段延长交横轴与O 点，在图上沿横轴以O 为起点取一段距离（如我取4.0cm ）至A ，过A 做纵轴的平行线交曲线的线性段于B 点，在AB 线段上取点C 使AC=AB*95%，连接OC 交曲线于点P5，由图知道，在P5出现之前，载荷已经达到了试验全过程的最高值Pmax ，因此将Pmax 作为Pq （5173N ）。

2、 对于标准三点弯曲试样，根据下面公式计算出q K 值：

3/2**(/)

q q P S

K f a w BW =代入数据推出 q K =5173×80×310-×2.71/（10.10×3/20.02010×310-）

=38.97M P 3、q K 作为平面应变断裂韧度的有效性判断

在裂纹条件得到满足的情况下，还需要同时满足以下两个方面的条件，试验测定的q K 值才是有效的平面应变断裂韧度。

1）Pmax/Pq ≤1.1。试验中Pmax=Pq 即Pmax/Pq=1，满足要求。

2）裂纹前沿的塑性屈服区尺寸条件：

B ，a ≥22.5(

)q S K σ⨯ 22.5()q S K σ⨯=238.97

2.5()1400⨯=1.94mm ，而B=10.10mm.a=10.183，满

足塑性屈服区尺寸条件。

所以：q K 作为平面应变断裂韧度有效。