GB/T 42914-2023 铝合金产品断裂韧度试验方法（正式版）

ICS77.040.10铝合金产品断裂韧度试验方法Testmethodforfracturetoughnessofaluminiumalloyproducts国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会GB/T42914—2023 I 3术语和定义 4方法概述 2 26.1试验机 26.2疲劳预裂纹设备 26.3引伸计 2 6.5防翘曲装置 57.2测试步骤 7.3试验数据处理 7.4结果处理与结果表示 8平面应力断裂韧度试验方法 8.1采用中心裂纹试样的试验方法 8.2采用紧凑拉伸试样的试验方法 8.3结果处理与结果表示 9试验报告 9.1平面应变断裂韧度试验 9.2平面应力断裂韧度试验 附录A(规范性)引伸计线性度检验方法 IGB/T42914—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国有色金属工业协会提出。本文件由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC243)归口。本文件起草单位：西南铝业(集团)有限责任公司、国标(北京)检验认证有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、中铝材料应用研究院有限公司、东北轻合金有限责任公司、天津忠旺铝业有限公司、广西南南铝加工有限公司、有研工程技术研究院有限公司、上海航空材料结构检测股份有限公司、山东南山铝业股份有限公司、中国兵器装备集团第五九研究所有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有1GB/T42914—2023铝合金产品断裂韧度试验方法1范围本文件描述了铝合金产品断裂韧度的试验方法。裂韧度和平面应力断裂韧度的测定。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T10623金属材料力学性能试验术语GB/T12160—2019金属材料单轴试验用引伸计系统的标定GB/T16825.1—2022金属材料静力单轴试验机的检验与校准第1部分：拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准JJG475电子式万能试验机JJG556轴向加力疲劳试验机JJG762引伸计JJG1063电液伺服万能试验机3术语和定义GB/T10623界定的术语和定义适用于本文件。4方法概述通过循环加载对带机加工缺口的试样预制疲劳裂纹，对带尖锐裂纹的试样施加垂直于裂纹平面的拉力时，裂纹尖端会发生小范围的塑性变形，通常试样裂纹尖端塑性区包括内部的平面应变区与表面的平面应力区。若试样厚度足够小，平面应变区可忽略不计，裂纹尖端近似处于平面应力状态，可测得平面应力断裂韧度，平面应变区占比随着试样厚度的增大而增大，当试样厚度增大至一定程度时，裂纹尖端近似处于平面应变状态，可测得平面应变断裂韧度。断裂韧度试验分为两类：————平面应力断裂韧度试验：使用中心裂纹试样或宽度与厚度的比值大于4的紧凑拉伸试样测定铝合金材料的平面应力断裂韧度(Kc)、表观平面应力断裂韧度(Kapp)或裂纹扩展抗力强度因子(Kr);———平面应变断裂韧度试验：使用宽度与厚度的比值在2～4之间的紧凑拉伸试样测定铝合金材料2GB/T42914—2023的平面应变断裂韧度(KIe),或在无法测定Kjc时，评定Kie的条件值(KQ)是否可作为“批产放试验温度：10℃~35℃。—-—轴向加力疲劳试验机应按JJG556进行校准，并满足JJG556规定的疲劳试验机计量特性——万能试验机或拉力试验机的测力系统应按JJG475或JJG1063进行校准，试验机测力系统的准确度应达到或优于GB/T16825.1—2022的1级。疲劳预裂纹设备宜采用符合6.1规定的轴向加力疲劳试验机；采用其他设备时，设备的静态力示值相对误差应在±1.0%范围内，静态力示值重复性相对误差应不大于1.0%。6.3.1引伸计系统按JG762进行校准，测定平面应变断裂韧度时，引伸计准确度应达到或优于GB/T12160—2019的1级；测定平面应力断裂韧度时，引伸计准确度应达到或优于GB/T12160—2019的2级。6.3.2引伸计线性度应按附录A规定的方法定期检验，宜每周检验一次。6.3.3引伸计与刀口之间的接触点应能在一定范围内自由转动，引伸3GB/T42914—2023图1引伸计安装示意图6.4.1紧凑拉伸试样可采用U型钩夹具(见图2)。4丁丁0.3W±0.005F0.25H±0.005FV020.050H0.3T±0.005W0.025HD)/立0.25T0.5F±0.005H0.25W1——加力杆螺纹；2——加力平面。夹具用销钉直径应为0.024W-8.005w,U型钩和销钉的硬度应图2适用于紧凑拉伸试样的U型钩夹具6.4.2中心裂纹试样可采用多排螺栓夹具、单插销夹具或楔形夹具加载，宽度大于305mm的试样应使用多排螺栓夹具或楔形夹具。夹具与试样接触面的表面粗糙度(Ra)应不大于0.8μm。图3给出了适用于中心裂纹试样的多排螺栓夹具示例。5GB/T42914—2023防翘曲装置应具备压力调整功能，可提供足够高的刚性约束，装置与试样接触面的表面粗糙度7平面应变断裂韧度试验方法7.1.1.1平面应变断裂韧度试验采用紧凑拉伸试样(见图4),试样尺寸应符合图4规定[2<(W/B)≤4的60.61士0.005南0.61士0.005南试样的厚度(B)除外]。试样的宽厚比(W/B)宜为2,应满足2≤(W/B)≤4,裂纹长度(a)应满足(或合同)中无规定时宜符合表1规定。0.002TFBABa12-0.25H±0.005師3=0.5W±0.01Wa——裂纹长度；表1试样厚度与宽度要求产品类型产品厚度试样厚度与宽度轧制板材6.35mm～50mm裂纹扩展预期平面垂直于纵向，裂纹扩展预期方向为横向的试样，或裂纹扩展预期平面垂直于横向，裂纹扩展预期方向为纵向的试样，试样厚度宜等于板厚；其他试样厚度宜尽可能大，但应不大于50mm裂纹扩展预期平面垂直于纵向，裂纹扩展预期方向为横向的试样，或裂纹扩展预期平面垂直于横向，裂纹扩展预期方向为纵向的试样，试样厚度宜为50mm;其他试样厚度宜尽可能大，但应不大于50mm7GB/T42914—2023表1试样厚度与宽度要求(续)产品类型产品厚度试样厚度与宽度挤压产品符合表2规定，试样宽度宜不小于50mm锻件宜选用表2中尺寸能满足表7要求的最小尺寸的试样“当可热处理强化铝合金产品(或样坯)在热处理过程中没有消除应力时(状态代号T_51、T_510、T_511、T_52、T_54,表示消除应力状态),应选取宽度(W)不大于100mm且宽厚比(W/B)等于2的试样。当加工试样或试验过程中发现试验可能受到残余应力影响时，或改变试样尺寸测得的Kq值发生了用其他方法(例如厚度小于25mm的高韧度材料，试样厚度不变，增大试样宽度后测得的Kq值可能显著增大)不能解释的显著变化时，若采用试样宽度(W)不大于60mm的试样可测得有效Ki.,可切取厚度(B)尽可能小(B≤30mm),且W/B=2的试样用于重新试验。试样厚度应不小于6.35mm。组织不均匀的锻件，在预制疲劳裂纹时可能出现局部裂纹扩展量明显偏小，局部裂纹扩展方向偏离预期方向，或裂纹沿预期方向到扩展一定长度后偏离预期方向等情况而导致试验无效，减小试样尺寸可降低出现此类情况的概率。表2紧凑拉伸试样型号及其试样宽度和厚度试样型号“试样宽度(W)mm试样厚度(B)首选值可选范围CT25.425.40CT3030.00CT4040.0020.00CT5050.0025.00CT6060.0030.00CT7070.0035.00CT8080.0040.00CT9090.0045.00CT10050.00CT11055.00CT12060.00CT12763.50紧凑拉伸试样型号以“CT后缀宽度值”命名，但当试样厚度小于其宽度的一半时，以CT后缀宽度值后附脚注“B和试样厚度值”命名，对于产品厚度在0.25W～0.50W之间的产品加工的全厚度试样，以CT后缀宽度值后附脚注“BF”命名。例如宽度为100mm的试样型号为CT100;厚度为25mm的厚板上切取的宽度为100mm的试样型号为CT100p5;厚度为25mm～50mm的厚板上切取的宽度为100mm的全厚度试样型号为CT100BF。7.1.1.2试样的疲劳裂纹起始缺口分为直通形缺口(见图5)和山形缺口(见图6)两种。起始缺口平面应与相交的试样表面垂直(偏差在±2°以内),并与预期裂纹扩展方向平行，缺口尺寸应符合表3的规8GB/T42914—2023定，缺口根部半径应不大于0.25mm,宜不大于0.10mm。0——缺口根部角度；h——缺口高度；1——疲劳裂纹扩展量。图5直通形缺口1——疲劳裂纹扩展量。两侧Ln的差异应不大于0.01W。图6山形缺口表3紧凑拉伸试样缺口尺寸缺口根部角度(θ)山形缺口角度(β)缺口高度(h)试样宽度不大于16.00mm时缺口高度应为1.6mm,试样宽度大于16.00mm时缺口高度应不小于1.6mm且小于0.1W9GB/T42914—2023a)整体刀口b)附加刀口Lge0₁~90标引序号说明：θ₁——刀口尖端角度；θ₂——整体刀口底部角度；l₂——附加刀口刀片厚度；Lge——有效计量长度。a典型值，在满足Lg≤W/2条件下可采用与引伸计测量范围相匹配的任意长度。未规定取样方向时，按表4规定取L-T方向试样；产品表4规定的取样位置切取试样。需方对取样方向有特殊要求(如图8所示的L-S方向、T-S方向、S-表4平面应变断裂韧度试样取样方向和取样位置产品类型取样方向取样位置轧制板材见图8板厚不大于100mm时，板材产品任意位置的1/2厚度处；板厚大于100mm时，L-T方向与T-L方向试样从板材产品任意位置的1/4厚度处切取；S-L方向试样从板材产品任意位置的1/2厚度处切取锻件模锻件闭式模锻件L-T方向、T-L方向、S-L方向试样分别从锻件L向、T向、S向的最厚部位中心处切取b开式模锻件锻件矩形锻件见图8锻件1/2厚度处b锻饼圆锻饼见图9正多边形锻饼见图10锻饼1/2厚度与内切圆1/2半径处GB/T42914—2023表4平面应变断裂韧度试样取样方向和取样位置(续)产品类型取样方向取样位置锻件锻件锻棒圆锻棒见图11锻棒1/2半径处b,正多边形锻棒见图12锻棒内切圆1/2半径处锻环见图13、图14锻环1/2壁厚处与1/2高度处b锻压管见图15锻压管1/2壁厚处b异形锻件—由供需双方协商确定，并在图样中注明轧环见图13轧环1/2壁厚处与1/2高度处b挤压产品棒材扁棒见图8挤压前端横截面1/2厚度处与1/2宽度处圆棒见图11挤压前端横截面上1/2半径处正多边形棒见图12挤压前端横截面上的内切圆1/2半径处板材见图8挤压前端横截面任意位置的1/2厚度处管材见图15挤压前端壁厚的中心处型材见图16、图17任意位置横截面最大壁厚的中心处，该中心处的壁宽(或宽度)小于67.5mm时，在壁宽(或宽度)不小于67.5mm的壁厚中心处切取最大样坯，取样位置应避开挤压焊缝采用“两个英文大写字母以短横线相连”的形式表示试样取样方向，即“裂纹扩展预期平面的垂线方向-裂纹扩的方向；模锻件的金属流线方向由供方标记或通过金相检测方法确定。b锻件的试样可在锻件的延长部分切取，或在额外生产的取样件上切取。c采用机加工或冲孔等不改变金属流线的方式加工为圆环形锻件时，取样位置与锻环一致。d正多边形的锻饼、锻棒、挤压棒材的取样方向通过内切圆确定。“采用机加工或冲孔等不改变金属流线的方式加工为圆环形锻件时，取样位置与锻压管一致。包括反挤压锻压管和芯轴拔长锻压管，当采用扩、轧、挤、拔等方式组合生产时，按最终决定金属流向的生产方式确定产品类型。GB/T42914—2023L——金属流线方向(产品纵向);S—--垂直于金属流线的横截面短边方向(产品高向);T——垂直于S方向和L方向(产品横向)。STL——金属流线方向(产品径向);S——垂直于金属流线的横截面短边方向(产品高向);T—-—垂直于S方向和L方向。图9圆锻饼的紧凑拉伸试样取样方向示意图L——金属流线方向；S——垂直于金属流线的横截面短边方向(产品高向);T垂直于S方向和L方向。图10正多边形锻饼的紧凑拉伸试样取样方向示意图L——金属流线方向(产品纵向);S——垂直于金属流线的横截面径向(产品径向);TTLL——金属流线方向(产品纵向);S-—垂直于金属流线的横截面内切圆径向；T——垂直于S方向和L方向。图12正多边形锻棒、挤压正多边形棒的紧凑拉伸试样取样方向示意图GB/T42914—2023TTsL——金属流线方向；S——垂直于金属流线的横截面短边方向(产品径向);T——垂直于S方向和L方向(产品高向)。图13锻环(高度与壁厚比大于2)、轧环的紧凑拉伸试样取样方向示意图S-1.L——金属流线方向；S——垂直于金属流线的横截面短边方向(产品高向);T——垂直于S方向和L方向(产品径向)。图14锻环(高度与壁厚比不大于2)的紧凑拉伸试样取样方向示意图GB/T42914—2023IIL——金属流线方向(产品纵向);S——垂直于金属流线的横截面径向(产品径向);T——垂直于S方向和L方向。图15锻压管、挤压管材的紧凑拉伸试样取样方向示意图L——产品纵向(金属流线方向);S——垂直于金属流线的横截面高度方向(产品高向);T——垂直于S方向和L方向(产品横向);b₁——型材宽度尺寸1;b₂——型材宽度尺寸2;t₁——型材厚度尺寸1;t₂——型材厚度尺寸2。图16挤压型材在最大壁厚的中心处切取(L-T方向)紧凑拉伸试样示意图GB/T42914—2023L——产品纵向(金属流线方向);S——垂直于金属流线的横截面高度方向(产品高向);T——垂直于S方向和L方向(产品横向)。图17挤压型材在较大宽度的壁厚中心处切取(L-T方向)紧凑拉伸试样示意图7.1.3.1试样加工时避免冷作硬化或过热对材料力学性能产生影响。7.1.3.2当可热处理强化铝合金产品(或样坯)在热处理过程中没有消除应力时，宜在试样缺口加工前后测量试样高度h₁与h₂(见图18),并计算试样高度变化值△h(△h=h₁—h₂)。b)加工缺口后a)加工缺口前图18紧凑拉伸试样加工缺口前、后示意图7.2测试步骤7.2.1.1沿着预期的裂纹扩展线，在3个等间隔位置测量试样厚度，精确至0.02mm或0.1%(以较大者为准),计算3个试样厚度测试值的平均值，记为试样厚度(B)。7.2.1.2在靠近缺口处3个位置测量试样宽度，精确至0.02mm或0.1%(以较大者为准),计算3个位GB/T42914—2023安装试样前，载荷读数应置零。将试样安装在U型钩夹具槽口的中间，试样几何中心与槽口中间将引伸计安装在试样刀口处，刀口尖端应卡入引伸计悬臂凹槽根部。当需要在预制疲劳裂纹期间参考GB/T6398—2017规定的柔度法实时测量裂纹长度时，应在预制疲劳裂纹前安装引伸计，引伸计7.2.4.1选用0<R<1的应力比预制疲劳裂纹时，可使用U型钩夹具。使用其他夹具时，应进行K校准，K校准结果的误差应不大于5%。7.2.4.2可在恒定载荷或K控制条件下单阶段或多阶段预制疲劳裂纹。疲劳裂纹预制应符合表5规定。实施K控制的方法见GB/T6398—2017。要求应力比(R)全过程的最大应力强度因子(Kmax)最后阶段(0.0125W)的最大应力强度因子(K)“试样的KQ值需要在试验完成后才能确定，可采用保守的估计值[如产品标准或订货单(或合同)规定的Kc指标]计算Kmax与K的上限以确保满足要求。7.2.4.3多阶段预制裂纹时，每次降低最大应力强度因子(Kmax)的幅度宜不大于20%。注：试验结果受残余应力影响时，选用R=0.1的应力比预制的疲劳裂纹一般具有较大的弯曲度(即试样内部裂纹比表面裂纹长得多),此时测得的K。值一般高于选用0.1<R≤0.7的应力比预制疲劳裂纹的试样测得的以0.55MPa·m=/s～2.75MPa·m*/s范围内的应力强度因子速率(K)(或与其相当的载荷速7.2.6.1试样断裂后，沿着试样厚度从一侧表面到另一侧表面每间隔1/4厚度处测量裂纹长度(见图19),记为a;(i=1,2,…,5),精确至0.05mm或0.5%(以较大者为准),按公式(1)计算裂纹长度GB/T42914—20231-—预制的疲劳裂纹；2——断口；3——紧凑拉伸试样的加力线。图19紧凑拉伸试样的裂纹测量位置示意图7.2.6.2测量并记录最小裂纹扩展量、裂纹平面(包括疲劳裂纹与后续的2%裂纹扩展)与起始缺口平面的夹角(θa)(见图20)。应在试样中间的平直断裂区域测量θa,不包括试样表面剪切唇(见图21)。注：有些材料(如2024T351)的试样表面可能因局部塑性变形产生剪切唇。a)θ.不大于10°(符合要求)0.裂纹平面与起始缺口平面的夹角；2——起始缺口平面。“图中裂纹平面与起始缺口平面平行，无法标记θa。210”图20紧凑拉伸试样裂纹平面与起始缺口平面夹角示意图GB/T42914—20231——试样表面剪切唇；2——试样中间的平直断裂区域。图21试样表面剪切唇的典型图示7.2.6.3检查并记录是否出现多条裂纹。一表面裂纹小于0.85a时；或按7.1.3.2测得的△h不小于0.08mm时，试验结果可能受残余应力影值修约按GB/T8170的规定进行。该修正值仅用于计算7.3.3.2中的Kạc值，不应作为计算有效Ki.值的裂纹长度(a)。要求裂纹长度(a)0.45W～0.55W内部裂纹长度差异a₂、a₃、a₁三者中最大者与最小者之差不大于0.1a表面裂纹长度a₁与as均在0.85a～1.15a范围内表面裂纹长度差异a₁与a₅之差的绝对值不大于0.1a裂纹扩展量直通形缺口任何位置的裂纹扩展量都应不小于1.3mm或0.025W(以较大者为准);对于山形缺口，试样两侧表面都应出现疲劳裂纹裂纹平面与起始缺口平面夹角(θa)不应大于10°裂纹数量只准许一条从缺口根部开始扩展的裂纹7.3.1确定条件载荷(F₀)作力-位移曲线(曲线分3种类型，见图22)线性部分的最佳拟合直线OA,与位移轴交于O点，从O点出发画一条斜率(F/V)₅等于0.95(F/V)。的割线OF₅,与力-位移曲线交于F₅,其中(F/V)。是OAGB/T42914—2023的斜率，如果力-位移曲线上在F₅之前的每一个点的力均小于F₅(见图22中I型曲线),则取FQ=F₅;如果F₅之前有一个最大力超过F₅(见图22中Ⅱ型曲线和Ⅲ型曲线),则取该最大力为FQ。OA——力-位移曲线线性部分最佳拟合直线；V——位移；I——I型曲线；Ⅱ——Ⅱ型曲线；1试样存在残余压应力等原因导致力-位移曲线的初始非线性；2——试样存在残余张应力等原因导致力-位移曲线的初始非线性。图22力-位移曲线示例7.3.2F₀值的修正当按7.1.3.2测得的△h不小于0.08mm时，可将原点移动至原始力-位移曲线的△h与其对应的载荷处以重建力-位移曲线(见图23),然后按7.3.1分析获得新的FQ,即为FQc。GB/T42914—2023标引序号说明：F′——修正后的力；y'修正后的位移；1——新坐标系的原点。图23重建力-位移曲线及分析示意图7.3.3.1紧凑拉伸试样的应力强度因子(K)按公式(3)计算，数值以兆帕二分之一次方米(MPa·m÷)表示，将FQ值代入公式(3)计算的应力强度因子(K),即为KQ值。式中：B——试样厚度，单位为毫米(mm);a——裂纹长度，单位为毫米(mm)。7.3.3.2按7.2.6.4判断试验结果可能受残余应力影响时，可采用裂纹长度修正值(a′)代替公式(3)中的裂纹长度(a),计算KQ的修正值(KQc)。7.3.3.3当按7.1.3.2测得的△h不小于0.08mm,且预制疲劳裂纹的应力比R≤0.1时，也可将Fạc代入公式(3)计算应力强度因子(K),即为KQ的修正值(KQc),但此时不准许采用裂纹长度修正值(a′)代替公式(3)中的裂纹长度(a)。7.4结果处理与结果表示7.4.1若试验条件符合表7规定，则K。值等于Kie值。Kic值应按GB/T8170的规定修约至0.1MPa·m÷。GB/T42914—2023类别试验有效性条件条件序号试样尺寸试样韧带尺寸(W-a)1载荷比(Fmax/FQ)2疲劳裂纹预制应力比(R)3全过程的最大应力强度因子(Kmax)4最后阶段(0.0125W)的最大应力强度因子(K)5加载加载速率0.55MPa·m÷/s~2.75MPa·m÷/s6裂纹裂纹长度(a)7内部裂纹长度差异az、a₃、a4三者中最大者与最小者之差不大于8表面裂纹长度a1与a₅均在0.85a～1.15a范围内9表面裂纹长度差异a₁与a₅之差的绝对值不大于0.1a裂纹扩展量直通形缺口任何位置的裂纹扩展量都应不小于1.3mm或0.025W,以较大者为准；对于山形缺口，试样两侧表面都应出现疲劳裂纹裂纹平面与起始缺口平面夹角(θa)不应大于10°裂纹数量只准许一条从缺口根部开始扩展的裂纹试样韧带尺寸宜符合W-a≥5(K₀/Rp₀.2)²的要求。行Kq”的条件时，由供需双方协商是否可用于判断产品断裂韧度是否合格，并在产品标准或订货单(或合同)中注明，当不准许使用KQ值判断产品断裂韧度是否合格时，应重新取样进行试验。KQ值应按GB/T8170的规定修约至0.1MPa·m÷。表7中条件序号试验有效性条件评定“批产放行Kq”条件试样韧带尺寸(W-a)1试样宽度(W)符合产品标准或订货单(或合同)规定，或产品标准或订货单(或合同)没有规定时已取至最大“载荷比(Fmax/F。)2试样厚度(B)符合产品标准或订货单(或合同)规定，或产品标准或订货单(或合同)没有规定时已取至最大b最后阶段(0.0125W)的最大应力强度因子(K)5裂纹长度(a)7按表2选择可切取的最大试样宽度(W),允许5mm加工余量。b按表2选择可切取的最大试样厚度(B),允许5mm加工余量。GB/T42914—20237.4.3当试验受残余应力影响时，按7.3.3.2或7.3.3.3计算的KQc值，以及使用R>0.1预制裂纹获得的Kq值是否可用于产品放行，由供需双方协商确定。KQc值应按GB/T8170的规定修约至0.1MPa·m÷。8平面应力断裂韧度试验方法8.1.1.1试样形状、试样尺寸应符合图24的规定。试样的裂纹长度(a)是裂纹两侧尖端根部距离(2a)图24中心裂纹试样示意图8.1.1.2应在试样中心孔加工整体刀口或使用附加刀口，以安装引伸计，见图25。位移测量点的初始跨距(2Y₀)是在对试样加载前测得的位移测量点的跨距(2Y),2Y₀应与引伸计的测量范围相匹配。在试样加载期间，位移测量点的半跨距(Y)等于2Y₀加上引伸计测得的位移(V)之和的一半。B45°a)整体刀口示例1b)整体刀口(较厚试样可选)示例2c)附加刀口标引序号说明：B——试样厚度；Y——位移测量点的半跨距。图25中心裂纹试样刀口示意图8.1.1.3试样的疲劳裂纹起始缺口及包迹线见图26。a)在中心孔处加工整体刀口b)使用附加刀口标引序号说明：d中心孔整体刀口刀尖位置的直径；d₂——采用附加刀口时中心孔的直径；ao——初始裂纹长度；2——包迹线；d₁应大于引伸计夹持位置的直径，d₂应不小于3mm,疲劳裂纹起始缺口两侧根部的中点与试样宽度中心线的距离应不大于0.002W,缺口根部半径宜不大于0.10mm。图26中心裂纹试样疲劳裂纹起始缺口及包迹线8.1.1.4试样初始裂纹两侧尖端根部的距离(2a。,等于疲劳裂纹起始缺口两侧根部的距离加上两侧的裂纹扩展量)应符合产品标准或订货单(或合同)的规定，产品标准或订货单(或合同)无规定时，2a。应GB/T42914—2023在0.25W～0.40W范围内，宜为0.25W。8.1.1.5试样厚度(B)应符合产品标准或订货单(或合同)的规定，产品标准或订货单(或合同)无规定时，当产品厚度不大于6.35mm时试样厚度应等于产品厚度，否则试样厚度为6.35mm。8.1.1.6试样宽度(W)应符合产品标准或订货单(或合同)的规定，产品标准或订货单(或合同)无规定时，试样宽度宜为400mm,应在380mm～406mm范围内。宽度在380mm～406mm范围内的试样可能无法测得有效的平面应力断裂韧度，当需要测得有效的平面应力断裂韧度时，可根据预期的最大Kr值(KR_max)和规定非比例延伸强度(Rpo.2)具体选定试样宽度，表9给出了最小试样宽度推荐值。表9可测定有效平面应力断裂韧度的试样宽度推荐值KRmax/Rpo.2mi试样宽度W,不小于mm>0.12～0.17>0.17～0.24>0.24～0.27>0.27～0.30>0.30～0.37>0.37～0.44试样取样方向、取样位置应符合产品标准或订货单(或合同)的规定，产品标准或订货单(或合同)中未规定取样方向时，按表10规定取L-T方向与T-L方向的试样；产品标准或订货单(或合同)中未规定取样位置时，按表10规定的取样位置切取试样。表10平面应力断裂韧度试样取样方向和取样位置产品类型取样方向取样位置轧制板材见图27任意位置的1/2厚度处挤压产品扁棒或板材见图27任意位置横截面的1/2厚度处型材参考图27b任意位置横截面最大壁宽所在壁的壁厚的中心处，取样位置应避开挤压焊缝“采用“两个英文大写字母以短横线相连”的形式表示试样取样方向，即“裂纹扩展预期平面的垂线方向-裂纹扩展预期方向”,以字母“L”代表产品的金属流线方向；以字母“S”代表垂直于金属流线的产品横截面短边(或横截面高度)方向；以字母“T”代表垂直于“S”和“L”的方向。挤压型材从最大壁宽所在壁切取矩形样坯后参考图27确定试样取样方向。GB/T42914—2023S——垂直于金属流线的横截面短边方向(产品高向);L——金属流线方向(产品纵向);T——垂直于S方向和L方向(产品横向)。缺口。8.1.4.1试样测量平均值，记为试样厚度(B),精确至0.5%。8.1.4.1.2在缺口平面处测量试样宽度(W),精确至0.5%。8.1.4.1.3测量位移测量点的初始跨距(2Y。,可在疲劳裂纹预制后测量),精确至0.02mm。8.1.4.2.2安装试样时应保证试样宽度中心线与夹持系统中心线重合(见图3),并保持试样平直，避免8.1.4.2.3试样宽度不大于406mm且试样厚度不小于5mm时，可不安装防翘曲装置；其他情况下应GB/T42914—2023引伸计安装应符合7.2.3的规定。8.1.4.4.2应力比(R)宜为0.1。8.1.4.4.3可在恒定载荷或K控制条件下单阶段或多阶段预制疲劳裂纹，预制疲劳裂纹时最大应力强度因子(Kmx)应不大于16.5MPa·m÷。多阶段预制疲劳裂纹时，最后一个阶段的Kmax下降幅度应不大于30%,裂纹扩展量应不小于0.65mm,循环次数宜不小于5000次。实施K控制的方法见GB/T6398—2017。8.1.4.4.4缺口两端的裂纹扩展量都应不小于1.3mm,当产品标准或订货单(或合同)规定了裂纹长度时，在试样表面测得的裂纹长度应不小于规定裂纹长度且与规定裂纹长度的差值应不大于0.0125W或2.5mm(以较大者为准)。机加工缺口应在图26所示的包迹线范围内。以0.55MPa·m÷/s～2.75MPa·mz/s范围内的应力强度因子速率(K)(或与其相当的载荷速可对试样卸载(见图28中曲线1与曲线2,在塑性段卸载时，一般卸载到卸载前试验力的约80%;曲线的斜率相差大于2%;——卸载或重新加载的力-位移曲线非线性；——卸载和重新加载的力-位移曲线形成环路(见图28中曲线2)。GB/T42914—20231—-—曲线1(试样无明显翘曲的曲线);2——曲线2(试样翘曲，与装置发生明显摩擦的曲线);3——在弹性段或塑性段的局部卸载再加载的幅度。图28检查试样翘曲示例8.1.4.7裂纹测量8.1.4.7.1试样断裂后，在试样1/2厚度处和两个1/4厚度处测量裂纹长度，计算三个裂纹长度测量值的平均值，记为初始裂纹长度(a₀)。如果两个表面裂纹长度的平均值与三个内部裂纹长度的平均值的差异不大于1.0%,也可以取两个表面裂纹长度的平均值作为初始裂纹长度(a₀)。裂纹长度测量精确至0.2mm。8.1.4.7.2检查裂纹是否超出起始缺口平面10°(从机加工缺口根部开始)范围，如果超出，测量并记录临界点到参考平面的距离(aa),见图29,如果两侧都超出，则记录较小的值为apa值。标引序号说明：3参考平面(经过试样宽度中心线的平面)。注：裂纹包括疲劳裂纹和试样加载时产生的裂纹两部分。图29中心裂纹试样断裂后裂纹偏离起始缺口平面临界点测量示意图8.1.5试验数据处理8.1.5.1确定力-位移曲线线性部分的切线及O点通过线性拟合得到力-位移(F-V)曲线线性部分的切线，确定切线与位移轴的交点(O点),见图30。标引序号说明：1——力-位移曲线；2———曲线线性部分的切线；3——在曲线初始线性部分以外选择的任意分析点；4通过分析点与O点的割线。图30力-位移曲线及分析示意图GB/T42914—20238.1.5.2计算有效弹性模量(Ee)满足0.2≤2a/W≤0.8及Y/W≤0.5条件时，将力-位移曲线线性部分的切线斜率(△F/△V)。与初始裂纹长度(a₀)代入公式(4)计算中心裂纹试样的有效弹性模量(Ef),数值以吉帕(GPa)表示。如果不满足0.9≤Ee/E≤1.1(E为弹性模量),应检查力、位移、试样尺寸、裂纹长度、拟合计算过程等，重新计算或重新取样试验，直至满足要求。…………(4)式中：△F/△V——力-位移(F-V)曲线的切线或割线的斜率，单位为千牛每毫米(kN/mm);B——试样厚度，单位为毫米(mm);Y——位移测量点的半跨距，单位为毫米(mm);a——裂纹长度，单位为毫米(mm);v铝合金材料的泊松比。8.1.5.3计算有效裂纹长度(ae)8.1.5.3.1在力-位移曲线上选取初始线性部分以外的特定数据点(例如力值最大的点)作为分析点，见图30,计算通过分析点与O点的割线的斜率(△F/△V)。8.1.5.3.2选取一个用来迭代计算的裂纹长度区间，区间下限记为ar,区间上限记为au,区间中点记8.1.5.3.3将割线的斜率(△F/△V)与am代入公式(4)计算区间中点对应的有效弹性模量(Eeitm)。8.1.5.3.4若Eem=E.,或au与a1的差值小于0.0001mm,迭代终止。否则，若Eem>Ee,则选取裂纹长度区间[ai,am]作为下一次计算的裂纹长度区间；若EefiM<Ee,则选取裂纹长度区间[am,au]作为下一次计算的裂纹长度区间。8.1.5.3.5按8.1.5.3.2～8.1.5.3.4迭代计算ai与au,首次计算时取a₁.=0.1W,au=0.4W,am=0.25W,直至迭代终止，以迭代终止时的裂纹长度区间中点(am)作为该分析点的有效裂纹长度(ae)。8.1.5.4计算应力强度因子(K)………(5)式中：B——试样厚度，单位为毫米(mm);W——试样宽度，单位为毫米(mm);a——裂纹长度，单位为毫米(mm)。8.1.5.5计算塑性区尺寸(ry)与物理裂纹长度(ap)8.1.5.5.1物理裂纹长度(ap)按公式(6)计算，数值以毫米(mm)表示。ap=ae—ryGB/T42914—2023式中：8.1.5.5.2将分析点的力值与物理裂纹长度(ap)代入公式(5)计算K(ap)。8.1.5.5.3塑性区尺寸(ry)按公式(7)计算，数值以毫米(mm)表示。 (7)8.1.5.5.4按8.1.5.5.1～8.1.5.5.3迭代计算ry与ap,直到相邻两次的ry计算结果相等。分析点的净截面应力有效性判据(Rv)按公式(8)计算。式中：Rp₀.2——材料的规定非比例延伸强度，单位为兆帕(MPa)。8.1.5.7.1将分析点的力值与有效裂纹长度(ae)代入公式(5)计算的应力强度因子(K)即为KR。8.1.5.7.2采用力-位移(F-V)曲线上最大力对应的分析点计算的Kr即为Kc,若试样在最大力下产生了过大的裂纹扩展(即发生突进，见图31),则应采用首个达到最大力的点作为分析点。标引序号说明：1———首个达到最大力的点；2——最大力下发生的突进。图31最大力下的突进示意图8.1.5.7.3采用最大力对应的点作为分析点，将最大力与初始裂纹长度(ao)代入公式(5)计算的应力强度因子(K)即为Kapp。GB/T42914—20238.1.5.8.1在力-位移曲线初始线性部分以外选择多个分析点计算Kr和△a。,其中有效裂纹扩展△ae=ac-ao,相邻分析点之间的斜率下降幅度应大致相等，分析点数应不少于20,宜不少于50。8.1.5.8.2以Kr-△a。数据组中达到指定有效裂纹扩展量之前的最大的△a。对应的Kr作为指定有效裂纹扩展量△ae下的Kr值，或通过线性插值计算Kr值(见图32)。标引序号说明：2——因Ry>1无效的(△ae,Kr)点；3——用直线将相邻的两个(△a。,Kr)点连接的Kr-△a.曲线；4——线性插值方法计算的指定有效裂纹扩展量△ac下的Kr值。图32Kg-△ae曲线示意图8.2采用紧凑拉伸试样的试验方法8.2.1.1试样形状见图4,试样的宽厚比(W/B)应大于4,试样除厚度(B)以外的尺寸应符合图4规定，且试样各部位的厚度差应不大于0.127mm或0.01W(以较大者为准)。8.2.1.2试样的疲劳裂纹起始缺口应选用直通形缺口(见图5),起始缺口平面应与相交的试样表面垂在1.6mm～W/16mm范围内，缺口根部半径应不大于0.25mm,宜不大于0.10mm。8.2.1.3起始缺口应加工整体刀口用于安装引伸计(见图7)。8.2.1.4试样初始裂纹长度(a₀)应符合产品标准或订货单(或合同)的规定，产品标准或订货单(或合8.2.1.5试样厚度(B)应符合产品标准或订货单(或合同)的规定，当产品标准或订货单(或合同)中无8.2.1.6试样宽度(W)应符合产品标准或订货单(或合同)的规定，当产品标准或订货单(或合同)中无GB/T42914—2023试样取样方向、取样位置应符合8.1.2的规定。8.2.3试样制备试样制备应符合8.1.3的规定。8.2.4测试步骤8.2.4.1试样测量8.2.4.1.1沿着预期的裂纹扩展线，在2个位置测量试样厚度，计算各厚度测量值的平均值，记为试样厚度(B),精确至0.5%。8.2.4.1.2在缺口平面处测量试样宽度(W),精确至0.5%。8.2.4.2试样安装8.2.4.2.1试样安装应符合7.2.2的规定。8.2.4.2.2试样厚度不小于10mm时可不安装防翘曲装置，否则应安装防翘曲装置，并在试样与装置之间加入润滑介质，如聚四氟乙烯塑料薄膜或重油，在试验期间润滑介质不应进入裂纹。适当调整装置的压力，以防止试样翘曲，并避免产生过大摩擦。8.2.4.3引伸计安装引伸计安装应符合7.2.3的规定。8.2.4.4疲劳裂纹预制8.2.4.4.1产品标准或订货单(或合同)规定不预制疲劳裂纹时，按产品标准或订货单(或合同)执行，否则应预制疲劳裂纹。8.2.4.4.2使用U型钩夹具预制疲劳裂纹，应力比(R)应满足0<R<1,宜为0.1。8.2.4.4.3裂纹扩展量应不小于1.3mm,当产品标准或订货单(或合同)规定了裂纹长度时，在试样表面测得的裂纹长度应不小于规定裂纹长度且与规定裂纹长度的差值应不大于0.0125W或2.5mm(以较大者为准)。机加工缺口应在图33所示的包迹线范围内。标引序号说明：2——包迹线；图33紧凑拉伸试样的包迹线示意图8.2.4.4.4疲劳裂纹预制还应满足8.1.4.4.3的规定。8.2.4.5试样加载试样加载应符合8.1.4.5的规定。8.2.4.6试样翘曲检查试样翘曲检查应符合8.1.4.6的规定。8.2.4.7裂纹测量8.2.4.7.1试样断裂后，在试样1/2厚度处和两个1/4厚度处测量裂纹长度，计算三个裂纹长度测量值的平均值，记为初始裂纹长度(a₀)。如果两个表面裂纹长度的平均值与三个内部裂纹长度的平均值的差异不大于0.5%,也可以取两个表面裂纹长度的平均值作为初始裂纹长度(a₀)。裂纹长度测量精确至0.2mm。8.2.4.7.2检查裂纹是否超出起始缺口平面10°(从机加工缺口根部开始)范围，如果超出，测量并记录临界点到参考平面的距离(ap),见图29(紧凑拉伸试样的参考平面经过试样加力线)。8.2.5试验数据处理8.2.5.1确定力-位移曲线线性部分的切线及O点按8.1.5.1规定确定力-位移曲线线性部分的切线及O点。8.2.5.2计算有效弹性模量(Ee)按公式(9)计算紧凑拉伸试样的有效弹性模量(Ea),数值以吉帕(GPa)表示。如果不满足0.9≤Ee/E≤1.1,应检查力、位移、试样尺寸、裂纹长度、拟合计算过程等，重新计算或重新取样试验，直至满足要求。……….(9)式中：(△F/△V)。——力-位移(F-V)曲线切线的斜率，单位为千牛每毫米(kN/mm);W——试样宽度，单位为毫米(mm);B——试样厚度，单位为毫米(mm)。8.2.5.3计算有效裂纹长度(ae)在力-位移曲线上选取初始线性部分以外的特定数据点(例如力值最大的点)作为分析点，见图30,计算通过分析点与O点的割线斜率的倒数(△V/△F),按公式(10)计算紧凑拉伸试样的反向柔度系数(U),然后按公式(11)计算该分析点的有效裂纹长度(ae),数值以毫米(mm)表示。式中：Eef…-——有效弹性模量，单位为吉帕(GPa);(△V/△F)———力-位移(F-V)曲线的割线斜率的倒数，单位为毫米每千牛(mm/kN)。ae=(1.0010—4.6695U+18.460U²—236.82U³+1214.90U⁴—2143.6U⁵)·W (11)8.2.5.4计算应力强度因子(K)8.2.5.5计算塑性区尺寸(ry)与物理裂纹长度(ap)8.1.5.5规定的迭代计算方法也适用于紧凑拉伸试样，但计算过程中应将分析点的力值与物理裂纹长度(ap)代入公式(3)计算K(ap)。8.2.5.6计算净截面应力有效性判据(R、)分析点的净截面应力有效性判据(Rv)按公式(12)计算。 (12)ry——塑性区尺寸，单位为毫米(mm);W—--—试样宽度，单位为毫米(mm);8.2.5.7.1将分析点的力值与有效裂纹长度(ae)代入公式(3)计算的应力强度因子(K)即为KR。8.2.5.7.2采用力-位移(F-V)曲线上最大力对应的分析点计算的Kk即为Kc,若试样在最大力下产生了过大的裂纹扩展(即发生突进，见图31),则应采用首个达到最大力的点作为分析点。8.2.5.7.3采用最大力对应的点作为分析点，将最大力与初始裂纹长度(ao)代入公式(3)计算的应力强度因子(K)即为Kapp。8.2.5.8计算指定有效裂纹扩展量△ae下的Kr指定有效裂纹扩展量△ae下的Kk的计算应符合8.1.5.8的规定。8.3结果处理与结果表示8.3.1满足试验所有有效性要求时，Kc值、Kapp值或Kr值为有效值。8.3.2若R>1,或试样发生翘曲，或试验结果对应的ap值大于按8.1.4.7.2测定的am值，则试验结果无效。试样尺寸符合产品标准要求且仅因Rv>1无效的试验结果，可作为判