金属材料-准静态断裂韧性测试的方法

金属材料-准静态断裂韧性测试的方法
金属材料-准静态断裂韧性测试的方法

ICS 77.040.10

Ref. No. ISO 12135:2002/Cor.1:2008(E)

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 12135:2002 TECHNICAL CORRIGENDUM 1

Published 2008-06-01

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION ? МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ ? ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION

Metallic materials — Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness

TECHNICAL CORRIGENDUM 1

Matériaux métalliques — Méthode unifiée d'essai pour la détermination de la ténacité quasi statique

RECTIFICATIF TECHNIQUE 1

Technical Corrigendum 1 to ISO 12135:2002 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals , Subcommittee SC 4, Toughness testing — Fracture (F), Pendulum (P), Tear (T).

Page 1, Clause 2

Replace the reference to ISO 7500-1:— with the following:

ISO 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system Delete the reference to Footnote 1) and the footnote “To be published. (Revision of ISO 7500-1:1999)”. Page 13, Figure 6 Add “(not to scale)”.

Move the note from under the title of Figure 6 to above the title. Page 16, Figure 9, Footnote d) Replace “on” with “or” to give

d

Edge of bend or straight compact specimen.

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Page 21, Figure 11

In NOTE 3, replace “displacement” with “displacements” to give:

NOTE 3 For specimens showing large displacements, clevis hole dimensions shall be enlarged to the values shown in brackets.

Exchange the texts of footnotes a) and b) to give:

?ISO 2008 – All rights reserved3

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Page 26, 5.8.2, list items

Replace c), d), e) and f) with a), b, c) and d).

Page 28, 6.1, list item a)

Place a comma between “determinations” and “or”.

Page 29, 2nd paragraph

Change “1,1” to “1,10” (in two places), to give:

The maximum force F max (see Figure 16) sustained by the specimen is recorded and the ratio F max/F Q calculated. If that ratio exceeds 1,10, K Q is considered to bear an insufficient relation to K lc and the record is then interpreted in accordance with 6.3 or 6.4. If F max/F Q is less than 1,10, K Q is calculated directly in accordance with 6.2.3.

Page 47, A.1.1, 2nd sentence

Delete “of a” to give:

An example SEM photograph is shown in Figure A.1.

4 ?ISO 2008 – All rights reserved

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5

a b c

d e f g h Figure A.2 — Determination of ?a SZW

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Page 69, Figure E.2

Replace Figure E.2 with the following.

Key

1 flex bar

2 strain gauges

Figure E.2 — Diagram of three-point band static test arrangement showing details

of flex bar and specimen reports

Page 68, 2nd paragraph

Replace “[10]” with “(see Reference [10])”.

Page 69, 1st paragraph

Replace “[11]” with “(see Reference [11])”.

Page 71, NOTE 2

Replace “[12]” with “(see Reference [12])”.

Page 72, 1st paragraph

Replace “[13]” with “(see Reference [13])”.

Page 75, G.2, list items a), b) and c)

Replace “[14-16]” with “(see References [14] to [16])”.

6 ?ISO 2008 – All rights reserved

ISO 12135:2002/Cor.1:2008(E)

Page 77, H.1

In the first paragraph, replace “[17]” with “(see Reference [17])”.

In the second paragraph, replace “[18-26]” with “(see References [18] to [26])”.

In the third paragraph, replace “[27-38]” with “(see References [27] to [38])”.

Page 77, H.2, first paragraph

Replace “[18-26]” with “(see References [18] to [26])”.

Page 78, H.4.1, 1st paragraph

Replace “[22]” with “(see Reference [22])”.

Page 91, Annex I, title line

Replace “[39]” with “(see Reference [39])”.

?ISO 2008 – All rights reserved7

金属材料-准静态断裂韧性测试的方法

ICS 77.040.10 Ref. No. ISO 12135:2002/Cor.1:2008(E) ? ISO 2008 – All rights reserved Published in Switzerland INTERNATIONAL STANDARD ISO 12135:2002 TECHNICAL CORRIGENDUM 1 Published 2008-06-01 INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION ? МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ ? ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION Metallic materials — Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness TECHNICAL CORRIGENDUM 1 Matériaux métalliques — Méthode unifiée d'essai pour la détermination de la ténacité quasi statique RECTIFICATIF TECHNIQUE 1 Technical Corrigendum 1 to ISO 12135:2002 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals , Subcommittee SC 4, Toughness testing — Fracture (F), Pendulum (P), Tear (T). Page 1, Clause 2 Replace the reference to ISO 7500-1:— with the following: ISO 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system Delete the reference to Footnote 1) and the footnote “To be published. (Revision of ISO 7500-1:1999)”. Page 13, Figure 6 Add “(not to scale)”. Move the note from under the title of Figure 6 to above the title. Page 16, Figure 9, Footnote d) Replace “on” with “or” to give d Edge of bend or straight compact specimen.

断裂韧性实验报告

断裂韧性测试实验报告 随着断裂力学的发展,相继提出了材料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力学性能指标,弥补了常规试验方法的不足,为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据。下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法。 1、三种断裂韧性参数的测试方法简介 1. 1 平面应变断裂韧度IC K 的测试 对于线弹性或小范围的I 型裂纹试样,裂纹尖端附近的应力应变状态完全由应力强度因子I K 所决定。I K 是外载荷P ,裂纹长度a 及试样几何形状的函数。在平面应变状态下,当P 和a 的某一组合使I K =IC K ,裂纹开始失稳扩展。I K 的临界值IC K 是一材料常数,称为平面应变断裂韧度。测试IC K 保持裂纹长度a 为定值,而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态,将此时的C P 、a 代入所用试样的I K 表达式即可求得IC K 。 IC K 的试验步骤一般包括: (1) 试样的选择和准备(包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲 劳预制裂纹等); (2) 断裂试验; (3) 试验结果的处理(包括裂纹长度a 的测量、条件临界荷载Q P 的确定、实验测试值Q K 的 计算及Q K 有效性的判断)。

1. 2 延性断裂韧度R J 的测试 J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时,裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量J 积分的某些特征值。测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系: a B U J ??-= (1-1) 其中U 为外界对试样所作形变功,包括弹性功和塑性功两部分,a 为裂纹长度,B 为试样厚度。 J 积分测试有单试样法和多试验法之分,其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法。但无论是单试样法还是多试样柔度标定法,都须先确定启裂点,而困难正在于此。因此,我国GB2038-80标准中规定采用绘制R J 阻力曲线来确定金属材料的延性断裂韧度。这是一种多试样法,其优点是无须判定启裂点,且能达到较高的试验精度。这种方法能同时得到几个J 积分值,满足工程实际的不同需要。 所谓R J 阻力曲线,是指相应于某一裂纹真实扩展量的J 积分值与该真实裂纹扩展量的关系曲线。标准规定测定一条R J 阻力曲线至少需要5个有效试验点,故一般要58件试样。把按规定加工并预制裂纹的试样加载,记录?-P 曲线,并适当掌握停机点以使各试样产生不同的裂纹扩展量(但最大扩展量不超过0.5mm )。测试各试样裂纹扩展量a ?,计算相应的J 积分,对试验数据作回归处理得到R J 曲线。R J 阻力曲线的位置高低和斜率大小代表了材料对于启裂和亚临界扩展的抗力强弱。 R J 阻力曲线法测试步骤一般包括: (1) 试样准备

几种土体断裂韧度的测试方法

几种土体断裂韧度的测试方法 摘要:断裂韧度的测试是断裂力学研究的重要部分,根据对裂缝加载方式不同,断裂韧度可分为Ⅰ型加载下的断裂韧度、Ⅱ型加载下的断裂韧度、Ⅲ型加载下的断裂韧度三种基本形式。目前对金属、岩体等材料的断裂韧度测试方法已有了大量的研究,形成了相应的测试规范。土体断裂破坏主要是Ⅰ型断裂破坏和Ⅱ型断裂,但土体由于其自身材料性质的特殊性,并不能完全采用其他材料的测试规范。结合土体材料的特性介绍了土体Ⅰ型断裂和Ⅱ型断裂的断裂韧度的几种常用测试方法,并对几种方法的优缺点和适用性进行了讨论。 关键词:土体,断裂力学,断裂韧度,试验方法 引言 断裂力学是用来研究含有宏观裂纹型缺陷的材料或构件, 在外力作用下裂纹扩展的规律。从狭义角度解释, 它可用来研究含有宏观裂纹型缺陷的材料或构件, 在外力作用下裂纹扩展的规律。当土体内存在宏观贯通裂纹时, 在外荷载作用下裂纹尖端前缘将产生应力集中。在应力集中区域内的应力值, 远比由外荷载所引起的平均应力值大。传统的材料力学设计方法不能用来判断裂纹是否失稳扩展, 而应根据以研究断裂韧性参数和能量释放率为基础的断裂力学方法来进行判断。 对于各种复杂的断裂形式,总可以分解成为三种基本断裂类型的组合。这三种基本断裂类型即为Ⅰ型断裂、Ⅱ型断裂、Ⅲ型断裂。Ⅰ型断裂属于张开型断裂,Ⅱ型断裂属于滑移型断裂,Ⅲ型断裂断裂属于撕裂型断裂[1]。 由于土的抗拉强度很低, 因此判别土体是否会出现张开型裂纹失稳扩展, 就成为工程技术人员首先关心的问题。目前国内外虽有一些研究人员开始从事岩石、混凝土等材料的断裂韧度研究, 但对于土体的断裂韧度研究至今较少进行。现将土体的断裂韧度测试方法综述如下。 1 土体应力强度因子及断裂韧度 当进行Ⅰ型加载,即发生Ⅰ型断裂时,其裂纹端部区域的应力分量可以应用弹性理论解得:

断裂韧性实验报告

断裂韧性测试实验报告 随着断裂力学得发展,相继提出了材料得、、等一些新得力学性能指标,弥补了常规试验方法得不足,为工程应用提供了可靠得断裂判据与设计依据。下面介绍下这几种方法得测试原理及试验方法。 1、三种断裂韧性参数得测试方法简介 1、1平面应变断裂韧度得测试 对于线弹性或小范围得型裂纹试样,裂纹尖端附近得应力应变状态完全由应力强度因子所决定。就是外载荷,裂纹长度及试样几何形状得函数。在平面应变状态下,当与得某一组合使=,裂纹开始失稳扩展。得临界值就是一材料常数,称为平面应变断裂韧度。测试保持裂纹长度a为定值,而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态,将此时得、代入所用试样得表达式即可求得。 得试验步骤一般包括: (1)试样得选择与准备(包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲劳预制裂纹等); (2)断裂试验; (3)试验结果得处理(包括裂纹长度得测量、条件临界荷载得确定、实验测试值得计算及有效性得判断)。 1、2延性断裂韧度得测试 积分延性断裂韧度就是弹塑性裂纹试样受型载荷时,裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量积分得某些特征值。测试积分得根据就是积分与形变功之间得关系: (1-1) 其中为外界对试样所作形变功,包括弹性功与塑性功两部分,为裂纹长度,为试样厚度。

积分测试有单试样法与多试验法之分,其中多试样法又分为柔度标定法与阻力曲线法。但无论就是单试样法还就是多试样柔度标定法,都须先确定启裂点,而困难正在于此。因此,我国GB2038-80标准中规定采用绘制阻力曲线来确定金属材料得延性断裂韧度。这就是一种多试样法,其优点就是无须判定启裂点,且能达到较高得试验精度。这种方法能同时得到几个积分值,满足工程实际得不同需要。 所谓阻力曲线,就是指相应于某一裂纹真实扩展量得积分值与该真实裂纹扩展量得关系曲线。标准规定测定一条阻力曲线至少需要5个有效试验点,故一般要5 8件试样。把按规定加工并预制裂纹得试样加载,记录曲线,并适当掌握停机点以使各试样产生不同得裂纹扩展量(但最大扩展量不超过0、5mm)。测试各试样裂纹扩展量,计算相应得积分,对试验数据作回归处理得到曲线。阻力曲线得位置高低与斜率大小代表了材料对于启裂与亚临界扩展得抗力强弱。 阻力曲线法测试步骤一般包括: (1)试样准备 ①试样尺寸得选择原则: 1)平面应变条件:标准规定 (1-2)其中 2)积分有效性条件 一般,当不易估计时,可用求出得估计值 ②疲劳预制裂纹:

金属材料的断裂韧性

金属材料的断裂韧性 摘要不同的金属材料的断裂韧性是不一样的,对不同金属材料的断裂韧性进行研究并找出影响的因素对提高金属材料断裂韧性具有非常重要的意义。根据影响金属材料断裂韧性因素的不用,可以总体上概括为两个部分的因素,分别是金属材料外部因素和金属材料内部因素,本文分别就影响金属材料的外部因素和内部因素综合进行分析,以得出影响金属材料动态断裂韧性的因素。 关键词金属材料;失效;断裂韧性;影响因素 0引言 随着现代社会经济的不断发展,对金属材料的使用也大大的增加,在工程构件设计和使用的过程中,最为严重的就是金属材料的断裂,金属材料一旦发生断裂就会发生生产安全事故,同时也会造成一定的经济损失。通过对以往发生的大量的金属材料的断裂事件的分析,得出构件的低应力脆断是由宏观裂纹扩展引起的,其中最为主要的是金属材料的断裂纹,裂纹一般是在金属加工和生产的过程中引起的[1]。 根据影响金属材料断裂韧性因素的不用,可以总体上概括为两个部分的因素,分别是金属材料外部因素和金属材料内部因素,本文分别就影响金属材料的外部因素和内部因素综合进行分析,以得出影响金属材料动态断裂韧性的因素。 1影响金属材料断裂韧性的外部因素 1.1几何因素的影响 几何因素是影响金属材料断裂韧性的一个最为重要的外部因素。几何因素主要包括两个方面的内容,分别是试样厚度和试样取向等因素,下面对这两个因素进行分析: 1)试样厚度 目前在对金属材料的断裂韧性进行研究的过程中发现,不同厚度的金属材料会对会对裂纹前端的应力约束产生较大的影响,同样也会对金属材料的断裂韧性有一定的影响,所以我们分别用不同厚度的同一个金属材料进行断裂韧性的实验,在实验的过程中发现厚试样的断裂韧性值明显的比薄试样的断裂韧性值要低,换而言之,不同厚度的金属材料,其自身的断裂韧性也不同,厚度也是影响金属材料断裂韧性的一个重要的因素[2]。 2)试样的取向 在对金属材料进行取样测试的时候,试样的去向业余金属材料的断裂韧性之

断裂韧性试验

断裂韧性试验 创建时间:2008-08-02 test for fracture toughness 在线弹性断裂力学及弹塑性断裂力学基础上发展起来的一种评定材料韧性的力学试验方法(见断裂力学)。 20世纪以来,曾发生过多起容器、桥梁、舰船、飞机等脆断事故;事故分析查明,断裂大多起源于小裂纹。为解决金属脆断问题,美国在1958年组成ASTM断裂试验专门委员会,目的是建立有关测定材料断裂特性的试验方法。于1967年首次制定了用带疲劳裂纹的三点弯曲试样(图1 [两种常用断裂韧性试 样])测定高强度金属材料平面应变断裂韧性操作规程草案,并于1970年颁发了世界第一个断裂韧性试验标准ASTME399-70T。此后,断裂韧性试验受到世界各国的普遍重视并蓬勃发展。中国于1968年前后开始这方面的试验研究。 取样原则由于裂纹或类裂纹缺陷是导致工程结构断裂的主要原因,所以断裂韧性试验采用带尖锐裂纹的试样(图1[两种常用断

裂韧性试样]),用 直接观察或间接测量法连续监测裂纹的行为;如用夹式引伸计连续测量裂纹嘴张开位移随载荷的变化(图2[用夹式引伸计测裂纹嘴张开位移随载荷变化的曲线]随载荷变化的曲线" class=image>),以测定材料抗裂纹扩展的能力及裂纹在疲劳载荷或 应力腐蚀下的扩展速率;求得平面应变断裂韧度[ic]、动态断裂韧度[id]、裂纹临界张开位移,应力腐蚀临界强度因子[111-21] [kg2],疲劳裂纹扩展速率d/d(毫米/周)等断裂韧性参数。其中,角标Ⅰ代表张开型裂纹,或称Ⅰ型裂纹,角标c代表临界值。此外,尚有滑开型(Ⅱ型)裂纹,撕开型(Ⅲ型)裂纹(图3 [裂纹的扩展 类型示意图])。Ⅰ型裂纹最易引起脆断,所以目前断裂韧性试验多限于Ⅰ型加载。

断裂韧性KIC的测定

材料力学性能实验报告 姓名:刘玲班级:材料91 学号:09021004 成绩: 的测定 实验名称断裂韧性K IC 实验目的了解金属材料平面应变断裂韧性测试的一般原理和方法 实验设备 1.万能材料试验机一台(型号CSS-88100) 2.位移传感器及自动记录装置 3.游标卡尺一把 4.显微测试仪一台 5.三点弯曲试样四个 试样示意图

试样宏观断口示意图(韧断,脆断) 图1 20钢脆断 图2 40铬韧性断口

实验记录及Q P 的确定 表1 裂纹长度a 1a /mm 2a /mm 3a /mm 4a /mm 5a /mm a /mm 03 2.478 5.0085 5.5680 5.2430 3.1925 5.2432 09 2.757 3.9505 4.134 3.992 3.1790 4.0255 403 2.800 3.4065 3.7085 3.4915 2.9185 3.5355 407 1.986 2.6595 2.9970 2.5970 16810 2.7512 表2 试样各数据 试样编号 试样材料 屈服强度(MPa) 高度W(mm) 宽度B(mm) 03 40Cr800℃+ 100℃回火 1050 25.00 12.50 09 25.00 12.50 403 20#钢退火态 370 25.00 12.00 407 25.00 12.00 表3 各试样实验测得的Q P 值及max P 试样编号 Q P (N) max P (N) 03 13270.126 13270.126 09 26650.307 26650.307 403 407 14523.800 16479.500

金属材料的断裂认识

金属材料的断裂 金属在外加载荷的作用下,当应力达到材料的断裂强度时,发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小,可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂:断裂前产生较大的塑性变形,断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂:断裂前没有明显的塑性变形,断口平齐,呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念,在实际载荷下,不同的材料都有可能发生脆性断裂;同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同,会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断:断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直,一般为脆断,也可能韧断。切断:断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°,为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂:裂纹穿过晶粒内部,韧断也可为脆断。晶间断裂:裂纹穿越晶粒本身,脆断。 4. 断口分析 断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因,扩散的途径,扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素,为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。 (1)宏观断口分析 断口三要素:纤维区,放射区,剪切唇。纤维区:呈暗灰色,无金属光泽,表面粗糙,呈纤维状,位于断口中心,是裂纹源。放射区:宏观特征是表面呈结晶状,有金属光泽,并具有放射状纹路,纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行,而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇:宏观特征是表面光滑,断面与外力呈45°,位于试样断口的边缘部位。 (2)微观断口分析(需要深入研究) 5. 脆性破坏事故分析 脆性断裂有以下特征: (1)脆断都是属于低应力破坏,其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。(2)一般都发生在较低的温度,通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。(3)脆断发生前,无预兆,开裂速度快,为音速的1/3。(4)发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。

金属的断裂韧性

第四章金属的断裂韧性 断裂是工程构件最危险的一种失效方式,尤其是脆性断裂,它是突然发生的破坏,断裂前没有明显的征兆,这就常常引起灾难性的破坏事故。自从四五十年代之后,脆性断裂的事故明显地增加。 1.强度储备法,许用应力,强度储备系数(安全系数) 按照传统力学设计,只要求工作应力σ小于许用应力[σ],即σ<[σ],就被认为是安全的了。而[σ],对塑性材料[σ]=σs/n,对脆性材料[σ]=σb/n,其中n为安全系数。经典的强度理论无法解释为什么工作应力远低于材料屈服强度时会发生所谓低应力脆断的现象。 2.低应力脆性断裂(低应力脆断):高强度机件及中低强度大型件。 3.裂纹体:传统力学是把材料看成均匀的,没有缺陷的,没有裂纹的理想固体,但是实际的工程材料,在制备、加工及使用过程中,都会产生各种宏观缺陷乃至宏观裂纹。 4.人们在随后的研究中发现低应力脆断总是和材料内部含有一定尺寸的裂纹相联系的,当裂纹在给定的作用应力下扩展到一临界尺寸时,就会突然破裂。因为传统力学或经典的强度理论解决不了带裂纹构件的断裂问题,断裂力学就应运而生。可以说断裂力学就是研究带裂纹体的力学,它给出了含裂纹体的断裂判据,并提出一个材料固有性能的指标——断裂韧性,用它来比较各种材料的抗断能力。断裂力学,建立了材料性质、裂纹尺寸和工作应力之间的关系。 5.断裂韧性,断裂韧度 §4.1 线弹性条件下的断裂韧性 断口分析表明,金属机件的低应力脆断断口没有宏观塑性变形痕迹,可以应用线弹性断裂力学。两种分析方法:(1)应力场强度分析方法;(2)能量分析方法。 一、裂纹扩展的基本形式 根据外加应力与裂纹扩展面间的取向关系,裂纹主要有三种基本形式: 张开型(I型),滑开型(II型)、撕开型(III型)。 二、应力场强度因子K I及断裂韧性K IC

(完整版)断裂韧性KIC测试试验.docx

实验五断裂韧性K IC测试试验 一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σy 和KⅠC 的参考值 本实验采用标准三点弯曲试样(代号SE(B)),材料为 40Cr,其热处理工艺如下: ①热处理工艺:860℃保温 1h,油淬; 220℃回火,保温0.5~1h ; ②缺口加疲劳裂纹总长:9~11mm (疲劳裂纹2~3.5mm) ③不导角,保留尖角。 样品实测 HRC50,从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得: σy=σ0.2=1650MPa,σb=1850MPa,δ5=9%,ψ=34%,KⅠ C=42MN·m-3/2。 二、试样的形状及尺寸 国家标准 GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度KⅠC试验方法》中规定了两种测 试断裂韧性的标准试样:标准三点弯曲试样(代号SE( B))和紧凑拉伸试样(代号C(T))。这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。本实验采用标准三点弯曲试样(代号SE( B))。试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示: 为了达到平面应变条件,试样厚度 B 必须满足下式: B≧ 2.5(KⅠC/ σ y)2 a≧ 2.5(KⅠC/ σ y)2 (W-a)≧ 2.5(KⅠC/ σ y)2 式中:σ y 0.2或 σ s 。 —屈服强度σ 因此,在确定试样尺寸时,要预先估计所测材料的KⅠC和σy值,再根据上式确定试样的最小厚度 B。若材料的KⅠC值无法估计,则可根据σy B 的大小,然后再确 /E 的值来确定 定试样的其他尺寸。试样可从机件实物上切去,或锻、铸试样毛坯。在轧制钢材取样时,应 注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。 试样毛坯粗加工后,进行热处理和磨削,随后开缺口和预制裂纹。试样上的缺口一般在钼 丝电切割机床上进行切割。为了使引发的裂纹平直,缺口应尽可能地尖锐。 开好缺口的试样,在高频疲劳试验机上预制裂纹。 疲劳裂纹长度应不小于 2.5%W,且不小于 1.5mm 。 a/W 值应控制在 0.45~0.55 范围内。本试样采用标准三点弯曲试样(代号 SE(B)),其尺寸:宽 W=19.92mm ,厚 B=10.20mm 总长 100.03mm 。 三、实验装置 制备好的试样,在MTS810 材料力学试验机上进行断裂试验。对于三点弯曲试样,其试 验装置如图5-2 所示。可将采集的试验数据以文件形式(数据采集间隔0.1s)存储在计算机中,同时利用3086-11 型 X— Y 系列实验记录仪绘制P— V 曲线。本实验跨距S 为 80mm ,弯曲压头速率0.01mm/s 。用 15J 型工具显微镜测量试样的临界裂纹(半 )长度 a。

陶瓷材料断裂韧性的测定

实验陶瓷材料断裂韧性的测定 一、前言 脆性材料的破坏往往是破坏性的,即材料中裂纹一旦扩展到一定程度,就会立即达到失稳态,之后裂纹迅速扩展。材料的断裂韧性可以用来衡量它抵抗裂纹扩展的能力,亦即抵抗脆性破坏的能力。它是材料塑性优劣的一种体现,是材料的固有属性。裂纹扩展有三种形式:掰开型(I型)、错开型(II型)、撕开型(III型),其中掰开型是最为苛刻的一种形式,所以通常采用这种方式来测量材料的断裂韧性,此时的测量值称作K IC。在平面应变状态下材料K IC 值不受裂纹和几何形状的影响。因此,K IC值对了解陶瓷这一多裂纹材料的本质属性,具有非常重要的意义。 目前,断裂韧性的测试方法多种多样,如:单边切口梁法(SENB)、双扭法(DT)、山形切口劈裂法、压痕法、压痕断裂法等。其中,有些方法技术难度较高,不太容易实现大规模实用化;有些方法会出现较大测量误差,应用起来存在一定困难。相对而言,比较普遍采用的SENB法,该方法试样加工较简单,裂纹的引入也较容易。 本实验采用SENB法进行。但是,这种方法存在裂纹尖端钝化、预制裂纹宽度不易做得很窄等缺陷;另外,它适用于粗晶陶瓷材料,对细晶陶瓷其所测的K IC值偏大。 二、仪器 测试断裂韧性所需仪器如下: 1.材料实验机 对测试材料施加载荷,应保证一定的位移加载速度,国标规定断裂韧性测试加载速度为0.05mm/min。 2.内圆切割机 用于试样预制裂纹,金刚石锯片厚度不应超过0.20mm。 3.载荷输出记录仪 输出并记录材料破坏时的最大载荷,负荷示值相对误差不大于1。本实验在材料实验机上配置了量程为980N的称重传感器输出载荷,采用电子记录仪记录断裂载荷。 4.夹具 保证在规定的几何位置上对试样施加载荷,试样支座和压头在测试过程中不发生塑性变形,材料的弹性模量不低于200GPa。支座和压头应有与试样尺寸相配合的曲率半径,长度应大于试样的宽度,与试样接触部分的表面粗糙度R a(根据规定不大于1.6μm)。试样支座为两根二硅化钼发热体的小圆柱,置于底座两个凹槽上。压头固定在材料实验机的横梁上。 5.量具 测量试样的几何尺寸和预制裂纹深度,精度为0.0lmm,需使用游标卡尺和读数显微镜。 三、试样的要求 试样的形状是截面为矩形的长条,试样表面要经过磨平、抛光处理,对横截面垂直度有一定的要求,边棱应作倒角。在试样中部垂直引入裂纹,深度大约为试样高度的一半,宽度应小于0.2mm。试样尺寸比例为: c/W=0.4~0.6 L/W=4 B≈W/2 式中:c-裂纹深度; W-试样高度;

(完整版)平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案

平面应变断裂韧度K1C 的测定实验预案 姓名:江维学号:M050110110 指导老 师:钱士强学院:材料工程学院

、试样制备 1. 材料:先用40刚 2. (1) 厚度: 为确定试件尺寸,要根据试件各预先测定材料的0.2和K lC的估计值,根据 上式确定试件的最小厚度,在尺寸之间的关系确定试件的其它尺寸。K lC的 估计值可以借用相近材料的K IC值,也可根据材料的0.2/ E的值确定 试件的尺寸,如下表所示: 表

K C 2一一一 当确知2.5(-)比表中推荐尺寸小得多时,可米用较小试件. 在试验 0.2 K 测得有效K IC结果后,可在随后试验中将尺寸减少到a、B 2.5( -)2 0.2 B > 2.5(K ic/ 动2>2.5(71.9/294)2=0.l496m 所以取B=0.15m. (2) 高度: a> 50r y~ 2.5(K ic/『① (W-a) > 2.5(K ic/ s)2C2) 由O+②得W 2*2.5(K ic/ s)2 ,所以取W=0.3m (3) 长度: 跨距:S=4W+0.2W=1.26m. 长度L>S,所以取L=1.4m。 为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹,使得到的K1-数据可以对比和实际应用, 试件必须在疲劳试验机上预制疲劳裂纹。 预制疲劳裂纹开始时,最大疲劳载荷应使应力强度因子的最大值不超过K1C的80%, 疲劳载荷的最低值应使最低值与最小值之比在-1与0.1之间。在疲劳裂纹扩张的最后阶 段,至少在2.5%a的扩展中,应当减少最大载荷或位移,使疲劳应力强度因子的最低值 K fmax w 0.6K 1c, K fmax/E<0,0032m 1/2。同时调整最小载荷或位移,使载荷比乃在-1~0.1之间。

断裂力学与断裂韧性

断裂力学与断裂韧性 3.1 概述 断裂是工程构件最危险的一种失效方式,尤其是脆性断裂,它是突然发生的破坏,断裂前没有明显的征兆,这就常常引起灾难性的破坏事故。自从四五十年代之后,脆性断裂的事故明显地增加。例如,大家非常熟悉的巨型豪华客轮-泰坦尼克号,就是在航行中遭遇到冰山撞击,船体发生突然断裂造成了旷世悲剧! 按照传统力学设计,只要求工作应力σ小于许用应力[σ],即σ<[σ],就 被认为是安全的了。而[σ],对塑性材料[σ]=σ s /n,对脆性材料[σ]=σ b /n, 其中n为安全系数。经典的强度理论无法解释为什么工作应力远低于材料屈服强度时会发生所谓低应力脆断的现象。原来,传统力学是把材料看成均匀的,没有缺陷的,没有裂纹的理想固体,但是实际的工程材料,在制备、加工及使用过程中,都会产生各种宏观缺陷乃至宏观裂纹。 人们在随后的研究中发现低应力脆断总是和材料内部含有一定尺寸的裂纹相联系的,当裂纹在给定的作用应力下扩展到一临界尺寸时,就会突然破裂。因为传统力学或经典的强度理论解决不了带裂纹构件的断裂问题,断裂力学就应运而生。可以说断裂力学就是研究带裂纹体的力学,它给出了含裂纹体的断裂判据,并提出一个材料固有性能的指标——断裂韧性,用它来比较各种材料的抗断能力。 3.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论 3.2.1 理论断裂强度 金属的理论断裂强度可由原子 间结合力的图形算出,如图3-1。 图中纵坐标表示原子间结合力,纵

轴上方为吸引力下方为斥力,当两原子间距为a即点阵常数时,原子处于平衡位置,原子间的作用力为零。如金属受拉伸离开平衡位置,位移越大需克服的引力 时吸力最大以越大,引力和位移的关系如以正弦函数关系表示,当位移达到X m σc表示,拉力超过此值以后,引力逐渐减小,在位移达到正弦周期之半时,原子间的作用力为零,即原子的键合已完全破坏,达到完全分离的程度。可见理论断裂强度即相当于克服最大引力σ 。该力和位移的关系为 c 图中正弦曲线下所包围的面积代表使金属原子完全分离所需的能量。分离后形成两个新表面,表面能为。 可得出。 若以=,=代入,可算出。 3.2.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论 金属的实际断裂强度要比理论计算的断裂强度低得多,粗略言之,至少低一 陶瓷、玻璃的实际断裂强度则更低。 个数量级,即 。 实际断裂强度低的原因是因为材料内部存在有裂纹。玻璃结晶后,由于热应力产生固有的裂纹;陶瓷粉末在压制烧结时也不可避免地残存裂纹。金属结晶是紧密的,并不是先天性地就含有裂纹。金属中含有裂纹来自两方面:一是在制造工艺过程中产生,如锻压和焊接等;一是在受力时由于塑性变形不均匀,当变形受到阻碍(如晶界、第二相等)产生了很大的应力集中,当应力集中达到理论断裂强度,而材料又不能通过塑性变形使应力松弛,这样便开始萌生裂纹。

金属材料 焊接接头准静态断裂韧度测定的试验方法(标准状态:现行)

I C S77.040.10 H22 中华人民共和国国家标准 G B/T28896 2012 金属材料焊接接头准静态断裂韧度 测定的试验方法 M e t a l l i cm a t e r i a l s M e t h o do f t e s t f o r t h e d e t e r m i n a t i o no f q u a s i s t a t i c f r a c t u r e t o u g h n e s s o fw e l d s (I S O15653:2010,MO D) 2012-11-05发布2013-05-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

G B/T28896 2012 目次 …………………………………………………………………………………………………………前言Ⅰ1范围1………………………………………………………………………………………………………2规范性引用文件1…………………………………………………………………………………………3术语和定义1………………………………………………………………………………………………4符号和说明3………………………………………………………………………………………………5原理3………………………………………………………………………………………………………6试样设计二方位和缺口位置选择5 …………………………………………………………………………7机加工前金相检查7………………………………………………………………………………………8机械加工8…………………………………………………………………………………………………9试样制备13…………………………………………………………………………………………………10试验装置二试验要求及步骤14 ……………………………………………………………………………11试验后金相检查14………………………………………………………………………………………12试验分析17………………………………………………………………………………………………13试验报告20………………………………………………………………………………………………附录A(资料性附录)试样缺口位置示例22 ………………………………………………………………附录B(资料性附录)试验前后金相检查示例25 ………………………………………………………… ……………………………………………附录C(规范性附录)消除残余应力和预制疲劳裂纹方法27附录D(规范性附录)p o p-i n效应评定29 …………………………………………………………………附录E(资料性附录)浅缺口试样试验35 ………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………参考文献38

平面应变断裂韧度KIC试验指导

平面应变断裂韧度K IC 试验指导 一、试验内容:试验测定40Cr 的平面应变断裂韧度。 二、试验目的:加深了解平面应变断裂韧度的应用及其前提条件,体验试验过程。 三、引言: 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。理论分析和大量实践结果表明:在陶瓷、玻璃等脆性材料中,断裂条件是 =a σ材料常数 (1.1) 式中,σ为正应力,2a 为试样或者构件中的裂纹长度。 这样的结果,应用于高强度金属材料的脆性断裂也与实际相符得非常好。根据线弹性断裂力学,断裂的判据是裂纹前沿应力强度因子K 达到其临界值——材料的平面应变断裂韧度K IC ,即: IC Y K a K ≥=σ (1.2) 式中Y 是裂纹的形状因子。平面应变断裂韧度K IC 是材料抵抗裂纹扩展能力的特征参量,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。材料的断裂韧度受到冶金因素(成分、热处理)的制造工艺(如焊接、成形)影响。应用平面应变断裂韧度对构件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。 四、试样条件 4.1 试样的形状尺寸 平面应变断裂韧性的试验测量,对于达到或超过1.6mm 厚度的材料,使用具有疲劳裂纹的试样进行测定,根据外形可以分成三点弯曲SE(B)、紧凑拉伸C(T)、C 形拉伸A(T)和圆形紧凑拉伸DC(T)四种试样。图1中给出了不同的试样。本试验采用三点弯曲试样。 图1 四种平面应变断裂韧度试验样品 上图为三点弯曲试样SE(B); 左图为紧凑拉伸试样C(T); 左下图为圆形紧凑拉伸DC(T); 右下图 为两种C 形拉伸A(T) 1

金属材料力学性能实验断裂韧度试验

金属材料力学性能试验断裂韧度试验 6.2 断裂韧度试验 6.2.1 结构线Construction line 在J-Δa 和δ-Δa 试验记录上画一条线,代表表观裂纹扩展(即裂纹表面的位移量),包括裂纹端钝化 6.2.2 裂纹扩展阻力曲线Crack entension resistance curve R-曲线 δ 或J 与稳定裂纹扩展Δa 的变化 6.2.3 裂纹平面取向Crack plane orientation 按照裂纹平面的法向方向和试验中裂纹预期的扩展方向处理裂纹,对于锻造产品参考其特征晶粒流动方向 6.2.4 裂纹嘴张开位移Crack-mouth opening displacement (CMOD) V 在裂纹开始缺口附近,测量与原始裂纹平面垂直的裂纹平面的相对位移量 6.2.5 裂纹尖端张开位移Crack-tip opening displacement δ 在原始裂纹尖端(即疲劳预裂纹尖端)测量与原始裂纹平面垂直的裂纹平面的相对位移量 6.2.6 临界J Critical J 对应裂纹扩展开始时的J 值 6.2.7 临界δ Critical δ 对应裂纹扩展开始时的δ 值 6.2.8 断裂韧度fracture toughness 准静态单一加载条件下的裂纹扩展阻力的通用术语 6.2.9 J-积分J-integral 与积分路径无关的闭合回路或表面积分,用来表征裂纹前缘周围地区的局部应力-应变场,在塑性效应不可忽视的地方提供能量释放速率,用来表征对应表观裂纹扩展a 时的势能变化 J 与J 积分相当的加载参数,当测定力-加载线位移图时特指裂纹尖端塑性变形不可忽视条件下的断裂 6.2.10 J-R 曲线J-R curve J-Δa 图,在塑性效应不容忽视的地方,用于描述稳定裂纹扩展阻力 6.2.11 最大疲劳应力强度因子Maximum fatigue stress intensity factor Kf

金属的断裂韧度

第四章金属的断裂韧度 断裂是工程上最危险的换效形式。 特点:(a)突然性或不可预见性;(b)低于屈服力,发生断裂;(c)由宏观裂扩展引起。 ∴工程上,常采用加大安全系数;浪费材料。但过于加大材料的体积,不一定能防止断裂。 ∴发展出断裂力学 断裂力学的研究范畴: 把材料看成是裂纹体,利用弹塑性理论,研究裂纹尖端的应力、应变,以及应变能力分布;确定裂纹的扩展规律;建立裂纹扩展的新的力学参数(断裂韧度)。 主要内容: 含裂纹体的断裂判据。 固有性能的指标—断裂韧性:用来比较材料拉断能力,K IC ,G IC , J IC ,δ C 。 用于设计中: K IC 已知,σ,求a max K IC 已知 , a c 已知,求σ构件承受最大承载能力。 K IC 已知,a已知,求σ。 讨论:K IC 的意义,测试原理,影响因素及应用。 §4-1线弹性条件下的断裂韧度 一、裂纹扩展的基本形式 1、张开型(I型) 2、滑开型(II型) 3)撕开型(III型) 裂纹的扩展常常是组合型,I型的危险性最大 二、应力场强度因子KI和断裂韧度K IC 。 1、裂纹尖端应力场,应力分析 ①应力场 离裂纹尖端为(,)的一点的应力: (应力分量,极座标)

平面应力 σx =0 平面应变 σx =υ(σx +σy ) 对于某点的位移则有 平面应力情况下 位移 平面应变情况时, 上式为平面应变状态,位移分量。 越接近裂纹尖端(即r 越小)精度越高;最适合于r<

(完整版)平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案

平面应变断裂韧度K1C的测定实验预案 姓名:江维 学号:M050110110 指导老师:钱士强 学院:材料工程学院

一、试样制备 1.材料:先用40刚 表一 2.试样尺寸确定 图1 (1)厚度: σ和K IC的估计值,根据为确定试件尺寸,要根据试件各预先测定材料的 2.0 上式确定试件的最小厚度,在尺寸之间的关系确定试件的其它尺寸。K IC的 σ/E的值确定估计值可以借用相近材料的K IC值,也可根据材料的 2.0 试件的尺寸,如下表所示: 表二试样的推荐尺寸

当确知22 .0)( 5.2σC K I 比表中推荐尺寸小得多时,可采用较小试件.在试验 测得有效K IC 结果后,可在随后试验中将尺寸减少到a 、22 .0)(5.2σC K B I ≥ B ≥2.5(K 1 C /σs )2 ≥2.5(71.9/294)2=0.1496m 所以取B=0.15m. (2)高度: a ≥50r y ≈2.5(K 1C /σs )2 ○1 (W-a)≥2.5(K 1C /σs )2 ○2 由○1+○2得W ≥2*2.5(K 1C /σs )2 ,所以取W=0.3m 。 (3)长度: 跨距:S=4W+0.2W=1.26m. 长度L>S,所以取L=1.4m 。 表三 二、预制疲劳裂纹 为了模拟实际构件中存在的尖锐裂纹,使得到的K 1C 数据可以对比和实际应用,试件必须在疲劳试验机上预制疲劳裂纹。 预制疲劳裂纹开始时,最大疲劳载荷应使应力强度因子的最大值不超过K 1C 的80%,疲劳载荷的最低值应使最低值与最小值之比在-1与0.1之间。在疲劳裂纹扩张的最后阶段,至少在2.5%a 的扩展中,应当减少最大载荷或位移,使疲劳应力强度因子的最低值K fmax ≤0.6K 1C, K fmax /E<0,0032m 1/2 。同时调整最小载荷或位移,使载荷比乃在-1~0.1之间。 表四

断裂韧性实验报告

断裂韧性测试实验报告 随着断裂力学的发展,相继提出了材料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力学性能指标,弥补了常规试验方法的不足,为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据。下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法。 1、三种断裂韧性参数的测试方法简介 1. 1 平面应变断裂韧度IC K 的测试 对于线弹性或小范围的I 型裂纹试样,裂纹尖端附近的应力应变状态完全由应力强度因子I K 所决定。I K 是外载荷P ,裂纹长度a 及试样几何形状的函数。在平面应变状态下,当P 和a 的某一组合使I K =IC K ,裂纹开始失稳扩展。I K 的临界值IC K 是一材料常数,称为平面应变断裂韧度。测试IC K 保持裂纹长度a 为定值,而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态,将此时的C P 、a 代入所用试样的I K 表达式即可求得IC K 。 IC K 的试验步骤一般包括: (1) 试样的选择和准备(包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲 劳预制裂纹等); (2) 断裂试验; (3) 试验结果的处理(包括裂纹长度a 的测量、条件临界荷载Q P 的确定、实验测试值Q K 的 计算及Q K 有效性的判断)。 1. 2 延性断裂韧度R J 的测试

J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时,裂纹端点附近区域应力应变场强度力学参量J 积分的某些特征值。测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系: a B U J ??-= (1-1) 其中U 为外界对试样所作形变功,包括弹性功和塑性功两部分,a 为裂纹长度,B 为试样厚度。 J 积分测试有单试样法和多试验法之分,其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法。但无论是单试样法还是多试样柔度标定法,都须先确定启裂点,而困难正在于此。因此,我国GB2038-80标准中规定采用绘制R J 阻力曲线来确定金属材料的延性断裂韧度。这是一种多试样法,其优点是无须判定启裂点,且能达到较高的试验精度。这种方法能同时得到几个J 积分值,满足工程实际的不同需要。 所谓R J 阻力曲线,是指相应于某一裂纹真实扩展量的J 积分值与该真实裂纹扩展量的关系曲线。标准规定测定一条R J 阻力曲线至少需要5个有效试验点,故一般要5~8件试样。把按规定加工并预制裂纹的试样加载,记录?-P 曲线,并适当掌握停机点以使各试样产生不同的裂纹扩展量(但最大扩展量不超过0.5mm )。测试各试样裂纹扩展量a ?,计算相应的J 积分,对试验数据作回归处理得到R J 曲线。R J 阻力曲线的位置高低和斜率大小代表了材料对于启裂和亚临界扩展的抗力强弱。 R J 阻力曲线法测试步骤一般包括: (1) 试样准备 ①试样尺寸的选择原则: 1)平面应变条件:标准规定 )/(05.0s J B σα≥ (1-2) 其中

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