平面应变断裂韧性KIC的测定

平面应变断裂化韧性K的测定亠、「IC李乂迪［试验目的］了解平面应变断裂韧度K测试的基本方法，操作顺序及技术要求，体验试验过程。IC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g証=材料常数式中，G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K，即:ICK=YgKIC式中Y是断裂的形状因子，平面应变断裂韧度K是材料抵裂纹拓展能力的特征参IC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860oC淬火、220oC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: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］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。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。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•\/m/s范围内。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a和a,。同时测量各为止上的疲劳裂纹长度。15根据测量得到的裂纹长度，判断试验的有效性。原则如下：a，a和a中任意两个测量值之差不得大于平均值a的10%。234a、a与a的值差不得大于15%,al和a5之差也不得大于a的10%。15裂纹面与BW面平行，偏差在土10。以内。满足上述要求时，取a,a和a的平均值作裂纹长度a。234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/mm

一．验证：a，a和a中任意两个测量值之差最大值为a与a之差，差值为在10%a23442()范围内。即a，a和a中任意两个测量值之差不大于平均值a的10%。234a、a与a的差值最大者为a与a之差，差值为在15%a()内，且a与1511a之差在10%a()内。5即a、a与a的差值不大于15%,al和a5之差也不大于a的10%。15裂纹面与BW平行，偏差在10oC之内。所以试验有效，可取a=。P及P的验证：maxq如图所示，P=，通过作其曲线直线区的95%斜率割线可确定P=，得到maxqP^mau=1.1038P^mau=1.1038工1.1PqK的计算：q故符合判据要求。KqBW3/2根据公式BW3/2PqgSga丄—gf(―)w，，f(-)0.010338f(-)0.010338m=。恥，故式中的W查阅表格得0.01010mf(-)w=PgSqBWPgSqBW3/27.520x0.080.01010X(0.02010)3/2x2.79=58.317MPag；m四．K的判据验证：IC（1四．K的判据验证：IC（1）（2）貧=材料力学行为，杨王玥，强文江等编，化学工业出版社。中华人民共和国国家标准，关于金属力学性能测试方法的标准。GB4161-84.-1038沁1-1符合要求材料力学行为，杨王玥，强文江等编，化学工业出版社。中华人民共和国国家标准，关于金属力学性能测试方法的标准。GB4161-84.qK58.3172.5(—)=2.5x()=4.34x10-3m〈B=0.101x10-2m符合要求b1400s因此可将K作为平面应变断裂韧度，即K=58.317MPag'mqIC注：为方便计算，