平面应变断裂韧性KIC的测定

1、材化08李文迪40860044 平面应变断裂韧性KIC的测定 试验目的1. 了解平面应变断裂韧度KIC测试的基本方法，操作顺序及技术要求，体验试验过程。2.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，断裂条件是式中，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-材料的平面应变断裂韧度KIC，即：式中Y是断裂的

2、形状因子，平面应变断裂韧度KIC是材料抵裂纹拓展能力的特征参量，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 淬火、220 回火处理的40Cr钢，屈服强度=1400MPa，材料形状尺寸如图一所示：试验工具：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

3、式引伸计（原长10.00mm）4.工具显微镜15JE（精度0.001mm） 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0.025mm或者0.1%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0.552.75MPa范围内。（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

4、置上测量裂纹长度，记作a1和a5,。同时测量各为止上的疲劳裂纹长度。（5）根据测量得到的裂纹长度，判断试验的有效性。原则如下：1）a2，a3和a4中任意两个测量值之差不得大于平均值a的10%。2）a1、a5与a的值差不得大于15%，a1和a5之差也不得大于a的10%。3）裂纹面与BW面平行，偏差在10o 以内。满足上述要求时，取a2，a3和a4的平均值作裂纹长度a。（6）断口形貌观察：注明每个试样的断口形貌特征。测量示意图如下手绘： 试验结果试样测量次数W/mmB/mmS/mm40Cr120.1010.1080220.1010.1080裂纹长度/mma1a2a3a4a5a9.76910.223

5、10.35210.4389.79510.338数据处理一 验证：（1） a2，a3和a4中任意两个测量值之差最大值为a4与a2之差，差值为0.215mm在10%a（1.0338mm）范围内。即a2，a3和a4中任意两个测量值之差不大于平均值a的10%。（2） a1、a5与a的差值最大者为a1与a之差，差值为0.5687mm在15%a（1.557mm）内，且a1与a5之差0.014mm在10%a（1.0338mm）内。即a1、a5与a的差值不大于15%，a1和a5之差也不大于a的10%。（3） 裂纹面与BW平行，偏差在10oC之内。所以试验有效，可取a=10.338mm。二 Pmax及Pq的验证：如图所示，Pmax=8.301KN，通过作其曲线直线区的95%斜率割线可确定Pq=7.520KN，得到 故符合判据要求。三 Kq的计算：根据公式，故式中的查阅表格得=2.79。故四 KIC的判据验证：（1） 符合要求（2） 符合要求因此可将Kq作为平面应变断裂韧度，即KIC=注：1. 为方便计算，上述计算中长度单位均转化为m。2.P-V曲线加载速率为0.5mm/min. 结果分析试验结果符合各项有效性判据，银次实验结果有效。40Cr钢的平面应变断裂韧度KIC=。 参考文献1. 材料力学行为，杨王玥，强文江等编，化学工业出版社。2. 中华人