GB4161-1984

中华人民共和国国家标准161 of 凑拉仲、定金属材料的平面应变断裂韧度K,。当试验结果无效时，还可以按本方法规定测定试样强度比三点弯曲或拉仲加载下自动记录载荷后，按木标准规定的方法，在记录的u I!才的载荷，将此载荷代人相应试样的K:表达式，计算K,。的条件值果试验结果满足木力法规定的有效性判据， K,c ,否则，试验结果无效。裂纹前缘近似处犷三轴拉伸平面应变条件，让裂纹顶端塑性区尺寸远小十裂纹尺寸和约束方向上的试样尺寸时，材料对断裂的抗力。K,料的方法要求试样的加载速率应使应力强度因子速$)能用本方法测定试样强度比凡(角标它可以作为材料切性的相对度量。研究冶金因素(成分，热处理)或制造工艺(如焊接、成型)对材料断裂团度的影响。已知具体使用条件下的应力状态，并能可靠地确定最大裂纹尺寸，丁以根据当指出，在K:小于K,。蚀介性或持久载荷也能引起裂纹扩展并使其扩展加速。因此在选用K,。值时，应注意实验室试验条件和现场条件之问的差别。果已知材料的K,且_产品尺寸可以提供尺寸一足够人的满足K,试验有效性条件的试样，则K,。可以作为材料验收和产品质量控制标准如果要对材料在某一具体应用中的作环境、无靠性等方面进行研究后，才能确定合理的K，二值。2符号及单位)(T) )家标准局1984一2一24发布1985一01一01实施1引一肠甲试样宽度，m m;样韧带尺寸，m m;L三点弯曲试样总长度或M;r, M;r, M;X 形紧凑拉伸试样的直径，mm;r圆形紧凑拉伸试样的半径，MM,m m;m m;a裂纹长度(机加工缺口长度加疲劳裂纹长度)， 样几何形状因子;p试验载荷，幼f I P.按图11确定的载荷值，比f,m。二最大疲劳载荷，小疲劳载荷，裂纹嘴两侧刀口张开位移，弹性模量，a，屈服强度。a. ，.温度T:时的屈服强度，z;0,2温度z;，一应力强度因子，MN mm f)。1。平面应变断裂，(i的条件值，(+)，预制疲劳裂纹时的最大应力强度因子，( 预制疲劳裂纹时的最小应力强度因子，力强度因子幅度，一应力强度因子速率，s ();户加载速率，kN/s (s)，凡。三点弯曲试样的试样强度比;凡。紧凑拉伸试样的试样强度比。凡。,a,圆形紧凑拉伸试样的试样强度比。?4:; , 1 ,807 N, 1 310弹性介质中， 161 1,。，所在位置到裂纹顶端的距离。 3. 2平面应变断裂韧度i () 按本试验方法测定的应力强度因f 临界值。它表征材料抵抗裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的一个定量指标。其中罗马数字工指:此比值为无量纲量，它与试样所能承受的最大载荷、试样尺寸及材料的屈服强度有关。各试样强度比的计算式见附录C, D, E, F(补充件)。与K。值不同，该比值不是断裂力学指标。当K。不满足验有效性条件时，如果试样形状、尺寸相同，且最大载荷是由于裂纹显著扩展，不是塑性失稳造成的，此时，可以计算试样强度比并作为材料韧性的相对度量。应备有自动记录装置并满足28金属拉力试验法中对试验机及测量工具的各项要求。类试样所用夹具列于附录C、D,能稳妥地安在试样上。当试样断裂时，引伸计能自行脱开而无损坏。图1是本方法推荐的双悬臂梁夹式引伸计。详细说明见附录A(补充件)。电阻应变片000应变片的灵敏度比1200的高。来支持引伸计并作为测定裂纹嘴张开位移的参考点。图2是整体刀口的设计示例。图3是用螺钉固定刀口时的设计图，刀口间距为5 效标长等于螺钉孔中心距24是用快干胶粘贴刀口时的要求。161 尺寸以毫米为单位。刀口间距与附录引发缺口形状见图e,U,)以，试样应按下述规定注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。一般采用两个字母来标记，第一个字母表示裂纹平面的法线方向;第二个字母表示预期的裂纹扩展方向。标记方法见图5和图6。如果试样与两个参考轴成倾斜角度时，则用三个字母标记裂纹面的取向和裂纹扩展方向。标记方法见图70图5矩形断面板材中裂纹面取向和裂纹扩展方向的标记规定一宽度方向或最小变形方向，T 期的裂纹扩展方向为151一目图6棒材及圆饼中裂纹面取向和裂纹扩展方向的标记规定一沿径方向，期的裂纹扩展方向为L,图了试样与两个参考轴成倾斜角度时，裂纹面取向和裂纹扩展方向的标记规定如期的裂纹扩展方向在期的裂纹扩展方向为L, E、疲劳裂纹引发缺口共有四种形式(见图8)，m m,B 4181一朋疲劳裂纹卜侧|、-0310o. 55 匕 t% , .,甲末端为圆孔的政口巨。川相丝切创的缺口(a)引发缺口和疲劳裂纹(b)山形缺口的某些规定图8疲劳裂纹引发缺口的四种形式注:对于山形缺口，应该在试样的两个表面上都出现疲劳裂纹。对于直通形缺口，试样表面上的瘫劳裂纹长度应大于成等于。对于末端为回孔的缺口，从圆孔上的应力集中源算起，疲劳裂纹的扩展05o 其中之较大者。裂纹引发缺口应垂直于试样表面和预期的扩展方向，偏差在土2“以内，缺口宽度 充件)所述步骤进行，并应满足下面两点要求。的要求。样测量包括:疲劳裂纹顶端至试样的无缺口边，沿着预期的裂纹扩展线，至少在三个等间隔位置上测量厚度B,准确到。%B，取其中之较大者。附录C、D, E、181一创公2。习口3,口列要求。样断裂以后，按图9所示，在B/4, 取裂纹长度a=音(812+a)+B/疲劳裂纹前缘应满足下:;812, a。中任意两个测量值之差不得大于对于山形缺口图8 (b)，试样表面上的裂纹a,、 a，应从山形缺口根部产生a, , 且a,、a，之差也不得大于8 (a)，a,、 813、差在1 10“以内。Pa s (S)范围内。在附录C, D, E, 4试脸记录:调整记录仪的放大比，好选在1左右。并能以士1%的准确度测定负荷几(试验应记录到试样所能承受的最大载荷后停止。注明每个试样的断口形貌特征。常见的断口形貌类型示于图10。对(a)型或(b )型断口，应在裂纹顶端和试样无缺口边之间测量中心平断口部分的平均宽度f，记下单位厚度斜断口的比例(B, (c)型断口为全斜断口。161洲。翻。部分料断日大部分斜断口全部科断口图10常见的断口外貌型式7试验结果的处理试验结果按下述步骤处理:，试验中得到的载荷一位移曲线类型如图11所示。过记录曲线的线性段作直线线斜率(P/V)，二。P/ V)。以前，记录曲线上每一点的载荷都低于取 。是直线果在果在P，以前，还有一个超过P，的最大载荷，则取此最大载荷为P,，如图11中B 4161一助A 场二或力又。/以1尸载向611载荷一位移记录曲线的基本型式注:记录曲线的开始部分往往出现轻微的非线性，应予忽略。采用预先加、卸载的方法可以改善记录曲线的非线性。加、卸载时，最大载荷所对应的应力强度因子不得超过预制疲劳裂纹最后阶段的应力强度因子水平。. / P. , P.P. /可按附录C,中的规定计算相应试样的Ka 。该试验不是有效的验。加r)=。若该值等于或小于试样厚度凡=K,c，否则试验结果无效。两者都不满足时，应该用大试样重新测定K 果最大载荷是由于裂纹扩展造成的，可按附录C, D,E,计算式计算相应试样的试样强度比。按附录试验报告试脸报告应包括:试样编号、类型、裂纹面取向材料的原始状态和屈服强度;度W, 括疲劳裂纹扩展最后阶段，至少在裂纹总长度(缺口加裂纹)用的最大应力强度因子K! m.， ,循环次数x,a:, B 4161一助:示的加载速率户，效的条件./P。值，或瓜不能作为有效K、的原因。对于铝合金还应注明。最好用表格形式列出上述内容，表2是这种表格的推荐形式。161 场1口自1刨瑞友翠性代十曰俐释邵魁碳当粗刨蛆翻性坦酬越豁猫恻鸣翻姐161充件)双悬臂梁夹式引伸计包括两个悬臂梁和一个垫块，用螺钉连接在一起。在每根梁的拉伸面和压缩面上贴上电阻应变片z，C,、连接成桥路，见图以用固溶处理的13这些尺寸加工成的引伸计， 荐标长为5一6.5 果想改变标长，只需变更垫块的高度另伸计的情度应满足:一 门_工厂。8 x 45倒R代0公川0吹己勺月囚卜井配B 4161 充件)且在预期的裂纹扩展面两侧对称分布，以保证裂纹前缘均匀向前扩展，且裂纹不偏离预期的扩展方向。B 试样在所用设备上加载时，其K;标定的误差应不大于5%. 应力强度因子与试样尺寸、载荷(或某一规定的位移)间的关系式。本试验方法所推荐的试验夹具同样适用于制备疲劳裂纹。当采用这些夹具时，各类试样的K,标定列于附录C、D,E、果采用不同的夹具，则应通过试验确定使用这类夹具时的K,标定。用实验法确定K,标定比用数值分析法优越，因为前者能准确模拟实验夹具的边界条件。三点弯曲试样最好用与断裂韧性试验相同的底座预制疲劳裂纹，这样果在悬臂弯曲反向加载的情况下使用二点弯曲的K;标定，误差就比较大。而且夹持试样的夹持力的分布对K，标定有影响，当夹持力过大时，裂纹顶端的应力场会发生畸变并改变疲劳裂纹的走向。试验时的热处理状态完全一致。为了加速疲劳裂纹的引发可以采用下列方法:采用山形缺口。缺口锐化，最大疲劳载荷已定时，负值载荷比的绝对值越大，引发裂纹越快。但采用负值载荷比时，所用夹具要比正值载荷比时复杂得多。直于裂纹扩展方向用铅笔或其它工具画两条线，其一与。一条线距缺口较近，与第一条线间的距离应不小于缺口加疲劳裂纹总长度的2. 5 0/a，可以用位移控制，但K。标定对所用试样及夹具的准确度应不低于5%。如果循环载荷保持恒定，则最大循环位移保持恒定，则最大K，值和预裂纹开始时的最大疲劳载荷应使应力强度因子的最大值不超过材料K，二估计值的80%,疲劳载荷的最低值应使最小载荷与最大载荷之比在一1到。试样应准确地放置在加载夹具上，并应保证其边界条件与所使用的K,标定相一致。预制裂纹时，一般采用正弦波加载，频率多为实际上可以达到的最高频率。在不存在有害介质的情况下，只要频率不超过制疲劳裂纹的总循坏周次在101间。当减小最火载荷或位移，使裂纹扩展最后阶段(距离内)，使疲劳循环应力强度因m. 0 60 Y, 二/1o.o o州/4- ,%u图379141试样，轴直径可为”o为便于安装引伸计，必要时可将凑拉伸试样的宽度甲和裂纹长度以先从试样缺口边测量，然后减去缺口边至加载孔中心线的距离。在缺口附近至少三个位置上测量峨准确到。. 025 其大者)，记下平均值。有关试样A9 、下加载杆中心线偏差在。样应位于B 4161 s( s)范围内。对于厚25W/B= 2的标准试样，s(32一162 s)之间。凑拉伸试样的按下式。计算，单位为(W)f (a/W).(D 1)式中:于(N,)(2+a/W) (W+W /W)(1一a/砂)WM;M;便于计算，将a/550所对应的f(凑拉伸试样的子值列于下表。(M,)./w f (a/W)! f (al w) . ( 2邵+a)B(甲一a) 2,(中:样所能承受的最大负荷，拉伸屈服强度。.:。* 确度在1 内。161一创附录充件)W/r, /r,未加限制，但;、，:=0的实心圆柱体应采用圆形紧凑拉伸试样(见附录F)。 裂纹面的法线是圆周方向，裂纹扩展方向是径向的断裂韧度。其它取向，应采用弯曲(附录C)或紧凑拉伸试样(附录D)。= a)是个半环形，比值X/b)是从圆环上所能截取的最小尺寸的 4非标准，i,/a,)。在对材料提技术均应选用大尺寸做试验G 如果铝材的尺寸不能提供厚度(a,)的试样，应按原材料尺寸选取厚度尽可能大的试样。同时裂纹长度(a,)文及附录规定对试验结果进行处理和解释。按下述规定进行。若K i,/口，)， K i, /a,), W/，验结果有效。K:。/60, P./i