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压痕法对韧性材料和脆性材料断裂韧性的评价 2013 08 30 WonJeJo 内容 介绍 压痕法断裂韧性模型 脆性破坏韧性断裂 验证模型 压痕法对其他测试方法对比结果低温应用 压痕法断裂韧性基本概念 R 250 m 压头 Material APIX70 加载 约束效应 2 33 0 三维裂纹尖端 三轴压痕 压痕断裂韧性 类似的情况 初始裂纹 裂纹钝化 塑性区 断裂过程区 不稳定扩展裂纹 接触前 塑性区发展 塑性区发展延长 能量概念 裂纹扩展所需能量 压痕区域等效断裂能 分析压痕过程 压痕过程 形成一个表面塑性带 形成一个完全伸展的塑性区 c a是常数 扩张的塑性区 c a增加 c a c a 设想 开始形成一个完全伸展的塑性区 最大应变能量的压头 形成的等效断裂能量 h c a h h 断裂行为 脆性断裂模型 韧性断裂模型 脆性断裂模型 依据 rr 临界压力在临界深度h 依据 塑性区域 弹性区域 假定 开始形成一个完全延伸塑性区域 形成等效的断裂能量 应用压痕理论 步骤 1屈服的外围接触面积 形成一个表面塑性面 步骤 2塑性区 形成完全的扩张延伸塑性区 c a h 赫兹弹性接触理论 接触区域的外压力 r a 当一个径向应力在接触区域边缘 r a 满足屈服准则 通过Mises 屈服准侧 压头 材料 扩大控模型 E P理论 塑性区应力 a r c 变化的核心压力 r a 直到完全扩展延伸区域形成 byK E Puttick 1977 核心 等效断裂能量的准侧 步骤1 所需的总压力等效断裂能量 步骤2 对脆性材料的断裂韧性 Pm h曲线 压痕深度曲线 每个卸载深度曲线意味的接触压力 1 压痕测试 6 压痕断裂韧性 KJC 2 测量屈服强度 ys 决定加载力Pmc ys从载荷 深度曲线分析而来 3 装配Pm h曲线 4 决定h 决定Pmc在Pm h曲线 5 临界深度h 等效断裂能 韧性材料模型 依据 rr 在h 临界应变 依据 吸收应变能直到断裂应变 韧性 拉伸能量 在h 临界应变 依据 应变 应力 高碳钢 中碳钢 低碳钢 设想 弹性能量释放由于裂纹增长等于裂纹尖端塑性功数量 PeelandFrosyth 1973 塑性单位面积 r 塑性区半径UT 单位面积的塑性功 对于小范围屈服 单位面积上的弹性能量释放 塑性功 Mechanicalmetallurgy G E Dieter 塑性功 应力 应变曲线的截取面积 sR 真实应力ef 工程断裂应变 力学参数 从压痕参数中估计 塑性区域尺寸 断裂应变 测量参数 断裂韧性 rc ef 从测量中计算出来的 塑性区域尺寸 rc P 塑性应变 弹性约束 塑性区域 塑性应变与弹性约束之间的平衡 主导弹性约束 主导塑性应变 SmallPZS LargePZS Resilience 断裂应变 ef 真实均匀应变与工程断裂应变实验关系 塑性区尺寸 断裂应变 测量参数 断裂韧性 对韧性材料断裂韧性 验证模型 压痕法对其他测试方法对比结果低温应用 测试材料的列表 传统拉伸试验与断裂韧性测试试结果 测试条件 压头 压头半径 控制方法 碳化钨球形压头 250um 最大深度控制 设备 AIS系统 最大压痕深度 150um 零指数 0 06kgf 表面粗糙度 2000 20 20 KJCResults 压痕法测试KJC MPa m J积分测试KJC MPa m 脆性材料模型 韧性材料模型 KJC结果 脆性材料 韧性材料 低温系统 评价断裂韧性与气温的变化 低温在断裂韧性的测量使用ASTME1921在零下温度下分析 应用 规格 恒温槽控制器 AIS系统 真空腔 V型断口样品 压痕法与V型断口试验结果关系 材料 2 25Cr1MoVsteel 焊接 试验温度 常温和 29oC 低温测试应用 压痕法冲击试验 压痕法冲击试验 室温 低温下的应用 主要曲线 KJC压痕法 KJCJ方法 样品信息与测试条件 化学成分 参考 Bong SangLee Min ChulKim Maan WonKim Ji HyunYoon Jun HwaHong 理论曲线技术来评估一个辐照脆化的核反应堆压力容器长期操作 国际期刊 压力容器和管道85 2008 593 599 公差约束 中值 Applicationsatlowtemperature MasterCurve KJCfromIIT KJCfromJ Test Specimeninformationandtestingconditions Chemicalcompositionofspecimen 参考 Bong SangLee Min ChulKim Maan WonKim Ji HyunYoon Jun HwaHong 理论曲线技术来评