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平面应变断裂韧性KIC的测定
(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。
KIC= 。
[参考文献]
1.材料力学行为,杨王玥,强文江等编,化学工业出版社。
2.中华人民共和国国家标准,关于金属力学性能测试方法的标准。GB4161-84.
三.Kq的计算:
根据公式 ,
,故式中的 查阅表格得 =2.79。
故
四.KIC的判据验证:
(1) 符合要求
(2) 符合要求
因此可将Kq作为平面应变断裂韧度,即KIC=
注:
1.为方便计算,上述计算中长度单位均转化为m。2.P-来自曲线加载速率为0.5mm/min.
[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钢的平面应变断裂韧度
(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。
(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。
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。
[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
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:
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。
(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]
试样
测量次数
W/mm
B/mm
S/mm
40Cr
1
20.10
10.10
80
2
20.10
10.10
80
裂纹长度/mm
a1
a2
a3
a4
a5
a
9.769
10.223
10.352
10.438
9.795
10.338
[数据处理]
一.验证:
(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。
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。
=1400MPa,材料形状尺寸如图一所示:
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]
(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。
[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]
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