平面应变断裂韧性KIC的测定

平面应变断裂韧性 KIC 的测定 0 平面应变断裂韧性平面应变断裂韧性 K KIC IC的测定 的测定 材化 08 李文迪 40860044 平面应变断裂韧性 KIC 的测定 1 试验目的试验目的 1 了解平面应变断裂韧度KIC测试的基本方法 操作顺序及技术要求 体验试验过程 2 测量40Cr的平面应变断裂韧度 试验原理试验原理 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 a 材料常数 式中 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KIC 即 IC K Ya K 式中Y是断裂的形状因子 平面应变断裂韧度KIC是材料抵裂纹拓展能力的特征参 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 平面应变断裂韧性 KIC 的测定 2 试验式样与样品试验式样与样品 本试验采用经过 860 淬火 220 回火处理的 40Cr 钢 屈服强度 oCoC 1400MPa 材料形状尺寸如图一所示 s 试验工具 1 WDW 200D 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 0 5 2 游标卡尺 精度 0 02mm 3 双悬臂夹式引伸计 原长 10 00mm 4 工具显微镜 15JE 精度 0 001mm 试验步骤试验步骤 1 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0 025mm或者0 1 B中的较大者 测量试样的宽度W 2 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 3 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0 55 2 75MPa 范围内 m s 平面应变断裂韧性 KIC 的测定 3 4 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a1和a5 同时测量各为止上的疲劳裂纹长度 5 根据测量得到的裂纹长度 判断试验的有效性 原则如下 1 a2 a3和a4中任意两个测量值之差不得大于平均值a的10 2 a1 a5与a的值差不得大于15 a1和a5之差也不得大于a的10 3 裂纹面与BW面平行 偏差在 10o 以内 满足上述要求时 取a2 a3和a4的平均值作裂纹长度a 6 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 试验结果试验结果 试样测量次数 W mmB mmS mm 120 1010 108040Cr 220 1010 1080 裂纹长度 mm a1a2a3a4a5a 9 76910 22310 35210 4389 79510 338 平面应变断裂韧性 KIC 的测定 4 数据处理数据处理 一 验证 1 a2 a3和 a4中任意两个测量值之差最大值为 a4与 a2之差 差值为 0 215mm 在 10 a 1 0338mm 范围内 即 a2 a3和 a4中任意两个测量值之差不大于平均值 a 的 10 2 a1 a5与 a 的差值最大者为 a1与 a 之差 差值为 0 5687mm 在 15 a 1 557mm 内 且 a1与 a5之差 0 014mm 在 10 a 1 0338mm 内 即 a1 a5与 a 的差值不大于 15 a1 和 a5 之差也不大于 a 的 10 3 裂纹面与 BW 平行 偏差在 10oC 之内 所以试验有效 可取 a 10 338mm 二 Pmax及 Pq的验证 如图所示 Pmax 8 301KN 通过作其曲线直线区的 95 斜率割线可确定 Pq 7 520KN 得到 故符合判据要求 max q P 1 10381 1 P 三 Kq的计算 根据公式 3 2 q q P S a Kf BWw A A 平面应变断裂韧性 KIC 的测定 5 故式中的查阅表格得 2 79 0 01010 0 514 0 010338 am wm a f w a f w 故 3 23 2 7 520 0 08 2 7958 317m 0 01010 0 02010 q q P S a KfMPa BWw A AA 四 KIC的判据验证 1 符合要求 max q P 1 10381 1 P 2 符合要求 32 58 317 2 5 2 5 4 34 100 101 10 1400 q s K m Bm 因此可将 Kq作为平面应变断裂韧度 即 KIC 58 317mMPaA 注 1 为方便计算 上述计算中长度单位均转化为 m 2 P V 曲线加载速率为 0 5mm min 结果分析结果分析 试验结果符合各项有效性判据 银次实验结果有效 40Cr钢的平面应