因子
K
fmax
不得大于
0.6~0.7
K
IC
,
这一要求只在后一半疲劳裂纹的预制过程中得到满足即可，
为了防止试样发生脆断，
在施加动载荷之前，
常先施加一定强度的静载荷，
另外为了使裂纹
及早形成，
开始时可以施加较大的载荷。
应该注意的是，
在按上述要求估算预制疲劳裂纹所
加交变载荷的最大值时，不能采用选择
B
时所取的
7
实验结果的处理取下试样后，认真测量表面疲劳裂纹长度af，满足要求就准备在试样上粘贴刀口，准备
下一步测KIC的工作。
8
注意事项
1、在预制裂纹过程中，操作者不得离开设备，随时观察裂纹扩展的进展情况，观察载荷有无变化，如与预定不符，立即调整。
2、疲劳裂纹不宜过长，表面af达到1.5mm,试样中心可能已达到2mm,如果裂纹过长，会使载荷及扩展速率失稳，整个实验失败。
疲劳裂纹的预制
1
实验目的
为测定金属材料的平面应变断裂韧度
K
IC
而预制疲劳裂纹
2
仪器及设备
1
、程控高频疲劳机
2
、镜式引伸仪
3
、高度尺
4
、平台
3
实验原理
由于线弹性断裂力学所研究的对象是尖锐裂纹，
所以，
测定
K
IC
所用试件的裂纹尖端必须
是尖锐的，
这种尖锐裂纹常利用疲劳试验的方法加以制作。
通常的做法是先用机械加工方法
够小。其中，山形切口的根部半径≤
0.25mm,
其余切口的根部半径≤
0.08
mm
。
三点弯曲疲劳试样及实验装置如图
7
－
3
所示。
4
试样形状和尺寸
试件形状
凡是具有
K
I
标定表达式且便于测试的试样，都可以用来测定
K
IC
。
GB4161
—
1984
国家标
准规定了四种标准试样：三点弯曲试样、紧凑拉伸试样、
C
型拉伸试样，以及圆形紧凑拉伸
2、在平台上，用高度尺对试样划三条水平平行线，第一根以a0的端点为切线，然后隔1mm划一根线；再隔0.5mm再画一根线；
3、装好试样，调好跨度S，使机械切口对准S/2处；
4、按高频疲劳机操作步骤加静载荷Pl；
5、启动动载荷部分，选好共振频率，5分钟后按疲劳机动载控制部分操作规定加动载荷
Pa；
6、调好镜式引伸仪，使观察机制裂纹及端点划线清晰为好，仔细观察疲劳裂纹的形成。当主裂纹形成后，减小10％Pa；当疲劳裂纹扩展到1.5mm处时，立即关闭振动开关、动载开关，然后卸掉静载荷，取下试样。
能获得稳定的
K
IC
值。为此要求
(
)
B
a
W
a
≥
2
2.5(
)
IC
Y
K
式中，
B
是由平面应变条件对厚度的要求，
a
和（
W
－
a
）是小范围屈服条件对裂纹长度和韧
带宽度的要求
,
Y
为屈服极限
S
或名义屈服极限
2
.
0
。因为材料的
S
或
2
.
0
是已知的，故
只要估计一个
K
IC
值就可确定试样的厚度
B
。若
K
IC
值难以估计，可按
GB4161-84
≤0.1Pfmax。静载荷Pl和动载荷Pa
静载荷Pl和动载荷Pa可分别按以下两式确定
Pl＝Pfmin＋0.5×(Pfmax
-Pfmin)
Pa＝0.5×(Pfmax-Pfmin)
6
实验步骤
1、试样外形尺寸的测量。试验前用卡尺在裂纹前缘韧带部分测量试件厚度B三次，测量精度精确到0.1%B
或0.025mm，取其较大者，计算平均值。在切口附近测量试样宽度三次，测量精度精确到0.1%W或0.025mm，取其较大者，计算平均值。测出机制裂纹长度a0；
纹，要求引发缺口长度要比疲劳裂纹长度大，通常在
a
f
≥0.05
a
与
a
f
≥1.3mm
中选较大
值为疲劳裂纹长度。
图
7
－
1
裂纹结构示意图
图
7
－
2
山形切口示意图
疲劳裂纹引发缺口共有四种形式：直通型缺口、山形缺口（如图
7
－
2
所示）
、末端为
圆孔的缺口以及钼丝切割的缺口。
为保证顺利地预制出合格的疲劳裂纹，
切口根部半径应足
或电火花方法加工出一引发缺口，
然后在疲劳试验机上加交变循环载荷预制出疲劳裂纹。
因
此，试件的裂纹由引发缺口和疲劳裂纹两部分组成，裂纹长度
a
就等于引发缺口长度
a
0
与疲
劳裂纹长度
a
f
之和（如图
7
－
1
所示）
，裂纹长度
a
应在
0.45W~0.55W(W
为试件的高度
)
之间。为
避免引发缺口根部附近材料状态的变化对裂纹尖端附近材料性质的影响，制作出合格的裂
所推荐的数据，
按
E
ys
/标准试样的高度
W
和跨度
S
的尺寸按以下比例确定，即
B
∶
W
∶
S
＝1∶2∶8
试样总长
L
要稍大于
S
，可取
L
＞
4.1
W
。
5
载荷的确定
交变载荷
P
f
为防止在疲劳裂纹尖端形成过大的塑性区而使裂纹尖端钝化，
必须对预制疲劳裂纹时所
施加的交变载荷的最大值加以限制。
通常规定交变载荷的最大值在裂纹尖端产生的应力强度
试样。三点弯曲试样具有容易加工和便于加载的优点，平面应变断裂韧度
K
IC
的测定常采用
三点弯曲试样，它的简图如图
7
－
3
所示。
图
7
－
3
三点弯曲疲劳试样及实验装置
试样尺寸
大量试验结果表明，
一般情况下，
材料的临界应力强度因子
K
IC
与试样厚度
B
，
裂纹长度
a
和韧带宽度
（
W
－
a
）
均有关。只有当试样尺寸满足平面应变和小范围屈服的力学条件时，才
K
IC
估计值，而要取一个偏低的值。
8
－
1
三点弯曲试样（
TPB
试样）
B
S
L
F
W
a
afan
取预制疲劳裂纹所加交变载荷的应力比R≤0.1（R=Pfmin
/
Pfmax）,
按下述方法估算预制后
一半疲劳裂纹所施加的交变载荷：
选定KIC估计值，按Kfmax＝
0.6~0.7KIC计算Kfmax，再将Kfmax和a/W=0.5代入试件的KI计算公式计算出对应的P,即为所加交变载荷的最大值Pfmax，而交变载荷的最小值则为Pfmin