断裂韧性KIC测试试验

1、断裂韧性K】c测试试验一、实验目的1 .了解金属材料平面应变断裂韧性K】c测试的基本原理、实验装置及试样的形状和尺寸。2 .掌握的测试过程及试验结果的处理方法。1k/二、实验内容本试验采用标准三点弯曲试样。以40Cr或40CrNiMoA为材料的坯料，经淬火及200c回火处理，进行参数测试。对同一种热处理状态的材料，至少做3个试样。Ikz三、实验原理平面应变断裂韧性Kq是应力场强度因子K1的临界值，它表征金属材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。因而测试Kq的基本原理，就是把待试验的材料制成一定形状和尺寸的试样，并在试样上预制出相当于缺陷的裂纹，然后对试样加载。由于试样及其裂纹的形状、尺寸和加载方式以及断

2、裂部位都是预先确定的，所以其应力场强度因子K1的表达式也是确定的。在加载过程中，用测试仪器连续记录载荷增加与裂纹扩展情况的PV曲线（P-载荷，V裂纹嘴两侧刀口张开位移）。根据曲线上表明裂纹失稳扩展临界状态的载荷Pq及试样断裂后测出的与Pq相对应的预制裂纹（半）长度a,代入应力场强度因子K1表达式，求出裂纹失稳扩展的临界K1值，记为Kq,然后再依据一些规定判断Kq是不是平面应变状态下的Ke。如果Kq不符合判别的要求，则仍不是K】c，需增大试样尺寸重做试验。我国已于1984年颁布国家标准GB/T41611984金属材料平面应变断裂韧度试验方法，本实验将以此标准为依据。四、试样形状、尺寸及制备国家标

3、准GBAT4161-1984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CQ）。这两种试样的裂纹扩展方式都是I型的。试样的形状及各尺寸之间的关系，如图5-1所示。为了达到平面应变条件，试样厚度B必须满足下药：B>2.5（K/（7）ICy式中：。一屈服强度。2或。y02s因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的K和。值，再根据上式确定试样的icy最小厚度B。若材料的K值无法估计，则可根据o/E的值来确定B的大小（见表5T）,icy然后再确定试样的其它尺寸。试样可从机件实物上切取，或锻、铸试样毛坯。

4、在轧制钢材上取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。表5T根据7/E的值推荐的试样最小厚度Bo/Ey试样最小厚度B（nun）o/Ey试样最小厚度B（111111）0.00500.0057750.00710.0075320.0057-0.0062630.0075-0.0080250.0062-0.0065500.00800.0085200.00650.0068440.00850.010012.50.0068-0.00713820.01006.5五、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

5、取平均值。测量精度要求0.02mm或0.1%B（或W）o3 .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，偏差也不得超过而且试样与支承短的轴线应成直角，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和女”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0.7L5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0.01nim/s）,选择加载速

6、度应使应力场强度因子的增加速率在0.552.75MN-m3/2/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0.04B0.2Bmm/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PV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PV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XY系列实验记录仪上取下记录的PV曲线。六、实验数据及处理PV曲线：V(mm)1 .确定条件裂纹失稳扩展载荷Pq由于在P5之前没有别的高峰载荷，所以：PQ=P5=6.477kN2 .测定临界裂纹

7、（半）长度a试样尺寸：ai=9.36mm32=9.73mma3=10.08mma4=9.73mma5=9.69mm宽：W=19.89mm厚：B=10.02mma=(2+3+a，=3(9.73+10.08+9.73)=9.85a?、a3xa中最大值与最小值之差为：a3-a2=0.352.5%W=2.5%X19.89=0.49725因为：a3-a4<2.5%W所以，本次试验无效3 .计算条件断裂韧性Kq已知：S=80mm将Pq和a的值代入Ki的表达式计算Kq0对于三点弯曲试样,*SaKq=B.W3,2*（石）=-=0.4952W19.89查表得X（S）=2.286.477乂1即、80、103m10.02x1o-3mX(19.89x1O_3ill3-42.03MN*nf54 .判定Kq的有效性由PV曲线可读出，Pmax=6.5631kN,所以Pxnax6.5631k1.03PQ6.3764因为。y=Ob=1850MPa2所以2.5（KQ/Oy）=1.29xlO-3m>B,所以，本次试验无效七、思考题1、本试验的重点是什么？答：绘图时，要注意笔应在图纸