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金属平面应变断裂韧度KIC测定ppt课件

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金属平面应变断裂韧度KIC测定共24页文档

金属平面应变断裂韧度KIC测定共24页文档
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
24Leabharlann ▪26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
金属平面应变断裂韧度KIC 测定
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。

平面应变断裂韧度KIC.

平面应变断裂韧度KIC.

平面应变断裂韧度K IC 的测定“工程力学”指出，材料对本身的裂纹或类裂纹缺陷的存在十分敏感，裂纹失稳扩展是脆性断裂的主要原因。

控制断裂的三个主要因素是裂纹的形状和尺寸、工作应力和材料抵抗裂纹扩展的能力（材料的断裂韧度）。

前二者是作用，为断裂的发生提供条件；在“线弹性断裂力学”中，用裂纹尖端的应力强度因子K 来描述，且()a w a f K πσ ,=上式的适用条件为裂纹尺寸a ≥2.52⎪⎪⎭⎫⎝⎛ys IC K σ，即在线弹性或小范围屈服条件下才成立。

后者是抗力，阻止断裂的发生；在一定条件下（满足平面应变条件）是一材料常数，称为材料的平面应变断裂韧度，记作K IC ，可由实验测定。

一、实验目的测定材料的平面应变断裂韧度K IC二、实验设备和仪器1．力传感器、双悬臂夹式引伸计。

2．三点弯曲试验装置。

3．材料试验机。

4．高频疲劳试验机。

5．精密量具（游标卡尺和读数显微镜等）。

三、实验原理含有I 型(张开型)裂纹试样，其应力强度因子一般可表达为：式中：() ,w a f 是试样的几何形状因子，在试样形状、尺寸和加载方式为一定的条件下是一常数。

随着外载荷F 的增加，K I 随之增加。

然而K I 的增加不是无限的，这种增加受到材料性能的限制，即当K I 增加到某一临界值时，裂纹就会失稳扩展引起材料脆断。

这个临界值代表材料抗脆断的能力，也就是材料的断裂韧度。

所以在测试时，只要在试样的加载过程中，测出裂纹失稳扩展时的临界载荷F q 和试样裂纹尺寸a ，就可以求出试样材料的临界应力强度因子(),(81)I K f a w aσπ=-K q 。

如果试样尺寸满足平面应变和小范围屈服条件，则此时的临界应力强度因子即为该材料的平面应变断裂韧度K IC 。

四、实验方法采用带穿透裂纹的试样测定金属材料平面应变断裂韧度是目前断裂力学测试技术中发展较完善的一种方法。

1．K I 标定公式对于三点弯曲试样，应力强度因子K I 的表达式为：I 3/2(/)FSK f a w BW=（8-2） 式中：S 、B 、W 及a 分别为试样的跨度、厚度、宽度，以及试样的裂纹尺寸；F 为作用于试样中点的集中力。

金属力学性能实验

金属力学性能实验

通过实验可出被测材料的P-V曲线（负荷－位移曲线），从P-V曲线上确定的值（裂纹 失稳扩展的临界负荷），计算出的KQ值。
KQ =
PS Q BW
3 2
f(
a ) w
PQ的确定（斜率降低5%的割线法）
四、实验试样及其材料
• • 材料： 材料：30CrMnSi；870℃淬火 ； ℃淬火+200℃回火；Rp0.2=1450Mpa ℃回火； 试样类型：三点弯曲试样、 试样类型：三点弯曲试样、S=4W、W=2B、a=（0.45～0.55）W 、 、 （ ～ ） 裂纹长度a：机械裂纹a 疲劳裂纹 疲劳裂纹a 裂纹长度 ：机械裂纹 0+疲劳裂纹 f
yσ
C
a =k
ΙC
•
•
• •
因此，只要知道带裂纹试样的应力场强度因子KⅠ的表达式，试样的尺寸又能保证裂纹 前端处于平面应变状态下，则只需测得带裂纹试样发生失稳断裂时的负荷Pc,(或应力 σc)，就可利用已知的KⅠ表达式求出相应的临界值KⅠ,即为试祥材料的平面应变断裂 韧度KⅠC。 PS a KI = f( ) 本实验采用标准三点弯曲试样，其KⅠ表达式为： 3
三、基本概念和测试原理
• 根据线弹性断裂力学的分析，裂纹发生失稳扩展而导致裂纹体脆断的 根据线弹性断裂力学的分析， 判据是： 判据是： • 式中K 型裂纹应力场强度因子， 式中KⅠ为Ⅰ型裂纹应力场强度因子，它表征裂纹尖端附近应力 场的强度，在线弹性条件下， 场的强度，在线弹性条件下，其一般表达式为 ： k = yσ a
•
a=（a2+a3+a4）/3 （
斜率割线法， 用95%斜率割线法，求PQ 斜率割线法
。
a ) w
计算K 计算 Q：

金属疲劳试验ppt课件

金属疲劳试验ppt课件
疲劳sn曲线38由于疲劳试验时试验数据分散性较大因此从破坏几率和可靠性由于疲劳试验时试验数据分散性较大因此从破坏几率和可靠性考虑需要在每一应力水平下选一组试样测定每个试样的疲劳寿考虑需要在每一应力水平下选一组试样测定每个试样的疲劳寿命然后用概论统计方法将这些数据进行处理绘制不同破坏几率的命然后用概论统计方法将这些数据进行处理绘制不同破坏几率的一簇疲劳曲线称为一簇疲劳曲线称为ppssnn曲线

式中
f
a W


3
a W
1

2
1.99


a W
1

a W
21 2
2.15

3.93
a W
a
1
a
32



2.7
a W
2


W W
ASTM Standard Compact Tension (CT) Specimen
10
二、疲劳损伤过程及机理
1. 疲劳过程
循环 滑移
裂纹 形核
微观裂纹 扩展
宏观裂纹 扩展
最终 断裂
裂纹萌生阶段
裂纹亚稳扩展阶段 失稳扩展阶段
Kt 应力集中系数
K 应力强度因子
KIC 断裂韧性
11
2、疲劳裂纹萌生过程
2.1 滑移带开裂产生裂纹 金属在循环应力的作用下，即使其应力低于屈服应力，也会发生循环滑移并 形成循环滑移带。随着加载循环次数的增加，循环滑移带不断地加宽，由于 位错的塞积和交割作用，会在滑移带处形成微裂纹。
裂纹失稳扩展脆断的断裂K判据：
KI KIC (KC )
Y a KIC (KC )

平面应变断裂韧度KIC.

平面应变断裂韧度KIC.

平面应变断裂韧度K IC 的测定“工程力学”指出，材料对本身的裂纹或类裂纹缺陷的存在十分敏感，裂纹失稳扩展是脆性断裂的主要原因。

控制断裂的三个主要因素是裂纹的形状和尺寸、工作应力和材料抵抗裂纹扩展的能力（材料的断裂韧度）。

前二者是作用，为断裂的发生提供条件；在“线弹性断裂力学”中，用裂纹尖端的应力强度因子K 来描述，且()a w a f K πσ ,=上式的适用条件为裂纹尺寸a ≥2.52⎪⎪⎭⎫⎝⎛ys IC K σ，即在线弹性或小范围屈服条件下才成立。

后者是抗力，阻止断裂的发生；在一定条件下（满足平面应变条件）是一材料常数，称为材料的平面应变断裂韧度，记作K IC ，可由实验测定。

一、实验目的测定材料的平面应变断裂韧度K IC二、实验设备和仪器1．力传感器、双悬臂夹式引伸计。

2．三点弯曲试验装置。

3．材料试验机。

4．高频疲劳试验机。

5．精密量具（游标卡尺和读数显微镜等）。

三、实验原理含有I 型(张开型)裂纹试样，其应力强度因子一般可表达为：式中：() ,w a f 是试样的几何形状因子，在试样形状、尺寸和加载方式为一定的条件下是一常数。

随着外载荷F 的增加，K I 随之增加。

然而K I 的增加不是无限的，这种增加受到材料性能的限制，即当K I 增加到某一临界值时，裂纹就会失稳扩展引起材料脆断。

这个临界值代表材料抗脆断的能力，也就是材料的断裂韧度。

所以在测试时，只要在试样的加载过程中，测出裂纹失稳扩展时的临界载荷F q 和试样裂纹尺寸a ，就可以求出试样材料的临界应力强度因子(),(81)I K f a w aσπ=-K q 。

如果试样尺寸满足平面应变和小范围屈服条件，则此时的临界应力强度因子即为该材料的平面应变断裂韧度K IC 。

四、实验方法采用带穿透裂纹的试样测定金属材料平面应变断裂韧度是目前断裂力学测试技术中发展较完善的一种方法。

1．K I 标定公式对于三点弯曲试样，应力强度因子K I 的表达式为：I 3/2(/)FSK f a w BW=（8-2） 式中：S 、B 、W 及a 分别为试样的跨度、厚度、宽度，以及试样的裂纹尺寸；F 为作用于试样中点的集中力。

金属材料的断裂和断裂韧性课件

金属材料的断裂和断裂韧性课件

4.4.3 裂纹扩展的能量释放率GI和断裂韧性GIc
➢分析原理：能量法
应变能释放率
扩展 临界
裂纹扩展需要吸 收的能量率
稳定
dU GI dA
裂纹临界条件：G准则
G Ic
dS dA
40
金属材料的断裂和断裂韧性课件
K与G的关系
G
Gc Ic
1K E
1 2
E
2 c
K
2 Ic
41
金属材料的断裂和断裂韧性课件
断裂力学和断裂韧性
➢ 为防止裂纹体的低应力脆断，不得不对其强度——断裂抗
力进行研究，从而形成了断裂力学这样一个新学科。
➢ 断裂力学的研究内容包括裂纹尖端的应力和应变分析；建
立新的断裂判据；断裂力学参量的计算与实验测定，其中 包括材料的力学性能新指标——断裂韧性及其测定，断裂 机制和提高材料断裂韧性的途径等。
随第二相体积分数的增加，钢的韧性都下降，硫化物比碳化物 的影响要明显得多。
➢ 2 基体的形变强化
基体的形变强化指数越大，则塑性变形后的强化越强烈，其结
* Kepn
果是各处均匀的变形。微孔长大后的聚合，将按正常模式进行， 韧性好；相反地，如果基体的形变强化指数小，则变形容易局
部化，较易出现快速剪切裂开。这种聚合模式韧性低。
断裂前无明显的塑性变形，吸收的能量很少，而裂纹的 扩展速度往往很快，几近音速，故脆性断裂前无明显的 征兆可寻，且断裂是突然发生的，因而往往引起严重的 后果 。
➢ 在工程应用中，一般把Ψk <5％定为脆性断裂， Ψk =5％定
为准脆性断裂， Ψ k >5％定为韧性断裂。
➢ 材料处于脆性状态还是韧状态并不是固定不变的，往往因

金属材料的断裂和断裂韧性课件PPT

有撕裂棱，河流花样不明显
撕裂棱的形成过程示意图
19
准解理断裂和解理断裂的异同
同：穿晶断裂，脆性断裂，有小解理刻面、台阶。
①断裂起源：准解理源于晶粒内部的空洞、夹杂物、第二相粒子 ，而 解理则自晶界/相界一侧向另一侧延伸； ② 裂纹传播途径：准解理向四周放射状不连续扩展，与晶粒位向无关， 与细小第二相有关，解理是由晶界向晶内扩展，形成河流花样； ③ 解理位向：准解理小平面的位向与基体解理面之间无确定的对应关 系，源头不清。
微观：大量韧窝，内含夹杂物或第二相，微孔萌生处。
无明显塑性变形，沿解理面分离，穿晶断裂
在晶内微孔聚合，穿晶断裂
应力强度因子KI和断裂韧性KIc
ห้องสมุดไป่ตู้
低于许用应力，构件突然断裂 金属：裂纹尖端塑性区尺寸远小于裂纹长度。
微孔聚集断裂机理：形核—长大—聚合
三种基本断裂类型的实例
宏观解理断口：较为平坦、发亮的结晶状断面。
前推进直至断裂。
27
微孔聚合的三种形式 剪切裂纹一般沿滑移线发生.
高强材度料钢内常部发本生身这存种在模着式大的片微的孔夹聚杂合，，微 微孔成核源：第二相粒子其。韧孔性通较过“脆正弱常的的夹”杂微连孔成聚裂合纹模。式要 在应力作用下，基体和第差二。相这粒是子不的合界格面材脱料开出，现的一种缺陷 或第二相粒子本身开裂，于是出现微孔。
的流向与裂纹扩展方向一致 。
➢ 原因一：通过扭曲晶界或大角度晶界，相邻晶粒内解理面位向差很
大，裂纹在晶界受阻，裂纹尖端高应变激发晶界另一侧面裂纹成核。
➢ 原因二：裂纹不沿单一晶面发生，在跨越若干个相互平行的位于不
同高度上的解理面处发生，在交界处形成台阶。
➢ 解理断裂的另一个微观特征：舌状花样，它是解理裂纹沿孪晶界扩

断裂韧性的测试原理详解PPT学习教案

控制好疲劳载荷，裂纹长度a应在0.45～ 0.55W之间。
第20页/共48页
断裂韧性的测试原理-21
3 试验方法
第21页/共48页
断裂韧性的测试原理-22
紧凑拉伸试验
第22页/共48页
断裂韧性的测试原理-23
确定临界载荷Pq
过原点o作一割线，该割线的斜率比P-V曲线中直线部分的斜率低5％，该割线与P-V曲 线展线种的的上情交条还形点件有。为载大P荷于5，PPq5若的=P在载5，交荷如点，图则P15以取2-3前其(cP)中中-V最曲曲高线线的Ⅲ上载中所荷即有为为的P这点5，种的如情载图形荷(；均a)、如低(果b于)中在P5曲交，线点则IP取，5以裂II前就纹在属失P于稳-V这扩曲
C型拉伸试样和圆型紧凑拉伸试样分别适用于 管材和棒材的试验
第16页/共48页
断裂韧性的测试原理-17
取样和标记
第一个字母表示裂纹面的法 线方向
第二个字母表示裂纹扩展方 向
第17页/共48页
断裂韧性的测试原理-18
第18页/共48页
断裂韧性的测试原理-19
试样尺寸
尺寸相对于试验材料的性能应满足一定的限制条件，使试样满足平面应变及小范围屈服的力学条 件时，才能获得该材料的稳定的KIC值。
试样厚度B的要求是满足平面应变的条件之一。 裂纹长度a要求是保证线性弹性断裂力学所要求的小范围屈服所必须的。 韧带宽度(w-a)的大小，既能影响小范围屈服，又能影响包围塑性区的广大弹性范围的大小。
第19页/共48页
断裂韧性的测试原理-20
裂纹制备
引发裂纹的切口一般采用线切割加工，其 宽度一般为0.12mm，切口顶端的尖裂纹可 在高频拉伸疲劳试验机上预制。
第35页/共48页

实验三 平面应变断裂韧性KIC的测定


三 .实验材料与试样
本实验采用经过 860℃淬火， 220℃低温回火处理的 40Ｃｒ钢， 其屈服强度σ s ＝１４００Mpa. 试样为 GB4161-84 规定的标准三点弯曲试样，名义尺寸：宽度 W=20mm，厚度 B=10mm，跨 距 S=80mm。 试样需要预先制备出尖端很尖锐的裂纹，为此，经过热处理后的试样首先完成外形尺寸的精 加工然后采用线切割制备出第一条裂纹。由于线切割的钼丝直径一般在 0.2mm 左右，裂纹的 尖端不够尖锐，应力集中效果不够好，故此还要施加循环应力作用，在一段裂纹的前端在制 备出非常尖锐的疲劳裂纹。国标中对于疲劳裂纹的制备条件及形状尺寸规定了严格的要求。
八 .参考文献
【1】杨王玥，强文江.材料力学行为[M].北京：化学工业出版社，2009. 【2】GB4161-84 金属材料平面应变断裂韧性 K IC 实验方法.
四 .实验设备和仪器
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.双悬臂夹式引伸计 3.工具显微镜：精度 0.001mm 4.游标卡尺：精度 0.02mm
五 .实验步骤
1.测量试样尺寸。从疲劳裂纹顶端至试样的无缺口边，沿着预期的裂纹扩展线，在三个等间 隔的位置上测量厚度 B，准确到 0.025mm 或 0.1%B，取较大者，取三次平均值；在缺口附近 三个位置测量宽度 W，准确到 0.0025mm 或 0.1%W，取较大者，计算平均值； 2.装卡引伸计。在试样裂纹两侧用 502 胶对称的粘贴一对卡口片来装卡固定引伸计，引伸计 的标距为大约 5mm 3.加载测试。将试样安装于试验机上并调整其位置，尽量使裂纹扩张面与加载压头处于同一 个平面上。在计算机的界面上设置加载速度 0.3mm/min，然后对试样加载，计算机屏幕显示 载荷 P—裂纹嘴张开位移 V 关系曲线。最后可以看见随着裂纹的扩展，试样被压断成两截， 测试结束。 4.观察断口形貌。从试验机上取下试样，观察断口，可以看到黑色的线切割裂纹区，深灰色 的疲劳裂纹扩展区和浅灰色的瞬间断裂区。 5.测量裂纹长度。使用工具显微镜在试样断口的厚度方向 1/4,1/2 和 3/4 的位置上测量裂纹长 度，记做 a2， a3， a4 取它们的平均值为裂纹长度 a。同时，测量两个自由表面上的裂纹长 度，记做 a 1 和 a5。各测量准确到 0.5%。 6.确定条件载荷 Pq。在记录的 P-V 曲线上要确定裂纹长度的表观扩展量为 2% 时的载荷 Pq，而 2%的裂纹扩展量对应的裂纹嘴张开位移的相对增量为 5%，所以确定 Pq 的方法为：沿着 P-V 曲线的线性段作过原点的直线 OA，并通过 O 点画割线 OP5 使割线斜率为 OA 斜率的 0.95 倍。 若在 P5 点之前，每一点的载荷都低于 P5，则取 Pq=P5；如果在 P5 之前还有一个超过 P5 的最大 载荷，则取此最大载荷为 Pq。 7.计算条件值 Kq 以及裂纹前沿塑性区尺寸 Ro。

平面应变断裂韧度kⅠc的测定知识讲解

平面应变断裂韧度kⅠc的测定
二、实验内容
1. 测定被测材料的P-V的曲线，计算条件断 韧度KQ值。 2．验算实验所得KQ值，确定有效KⅠC值。
三、基本概念和测试原理
• 根据线弹性断裂力学的分析，裂纹发生失稳扩展而导致裂纹体脆断的 判据是：
KⅠ=KⅠc
• 场的强式度中，KⅠ在为线Ⅰ弹型性裂条纹件应下力，场其强一度般因表子达，式它为表征：裂纹尖端附近应力
k y a
• 式中：Y是和裂纹形状因子，是与试样类型和加负荷方式等有关的量， 也称几何因子。
σ是外加应力。
α是裂纹体内的裂纹长度。
• K何 下Ⅰ形 ，是状 材一和料个尺中复Ⅰ寸合型；力(外学即加参张应量开力，型的其)大裂值小纹的，发大分生小布失仅等稳决。扩定而展于K时构Ⅰ的件C是应(在包力平括场面裂强应纹度变)因的条子几件的
KI
PS
3
BW 2
f
(
a w
)
• 其中：式中：P——负荷 ；B—试样厚度 ；W——试样宽度 ； S——跨度 ； a——裂纹长度
•
•
其中：
f(w a)3(w a)1 2[(1.99w a2 )((1 1 w 2 a)a)((1 2 .15a )3 3 2.93w a2.7w a22)]
ww
• 通过实验可出被测材料的P-V曲线（负荷－位移曲线），从P-V曲线上确定的值（裂纹
C
C
• 因此，只要知道带裂纹试样的应力场强度因子KⅠ的表达式，试样的尺寸又能保证裂纹
前端处于平面应变状态下，则只需测得带裂纹试样发生失稳断裂时的负荷Pc,(或应力
σc)，就可利用已知的KⅠ表达式求出相应的临界值KⅠ,即为试祥材料的平面应变断裂
•
韧度KⅠC。 本实验采用标准三点弯曲试样，其KⅠ表达式为：
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• 3．标定引伸计。
.
4．试样上粘贴刀口，安装引伸计，使刀 口与引申计两臂前端的凹槽密切配合。
5．将压力传感器和夹式引伸计的接线分 别按“全桥法”接入动态应变仪，并进 行平衡调节。用动态输出档，将压力F及 裂纹尖端开位移V的输出讯号分别接到 函数记录仪的“Y”和“X”接线柱上。调 整好函数记录仪的放大比例，使记录的 曲线线性部分的斜率在0.7-1.5之间，最 好在1左右；在调整动态应变仪和X-Y记 录仪的放大倍数使画出的图形大小适中。
（式2)以求KQ。
.
三、试验设备及材料
• 1.万能材料试验机：最大试验力100kN(或 300kN)，在活动横梁上应配备有专用的弯曲试 样支座一台。
• 2.动态应变仪一台；X-Y函数记录仪一台；压 力传感器100kN一个；夹式引伸计一个；位移 标定器一台；工具显微镜一台。
.
• 3.实验用材料及试样：本试验采用图1所示的标准三点 弯曲试样。对于强度较高而韧性较差的材料，即使试 样尺寸较小也能满足平面应变和小范围屈服的条件。 对强度低、韧性好的材料，则要很大尺寸的试样才能 满足上述条件。为了保证用较小尺寸的试样测得有效 的高两K而种ICK中值IC任，较选试低一样。种材 试，料样也和材可热料根处及据理其上工热述艺处原的理则选工另择艺外应可选保在取证推。荐σ0.如2较下 (1) 40Cr钢，淬火+200℃回火。 (2) 2024铝合金，T6态。 每组学生领取同一种材料及热处理工艺的试样一个或 3个。 此外，尚需准备游标卡尺一把及支持引伸计用的刀口 6块，“502”快干胶水一瓶。
.
预制疲劳裂纹开始时的载荷可较大，但最大交 变载荷也不应使Kfmax(预制疲劳裂纹时的最大 应力场强度因子)超过材料KIC估计值的80%。 交变载荷的最低值应使最小载荷与最大载荷在 裂纹扩展最后阶段(即在裂纹总长度最后的 2.5%的距离内)，应使Kfmax≤60%KIC，并且 Kfmax/E<0.01mm1/2，同时调整最小载荷使载荷 比在-1~0.1之间。预制疲劳裂纹过程中，要用 放大镜或计数显微镜仔细监视裂纹的发展，遇 有试样两侧裂纹发展深度相差较大时，可将试 样调转方向继续加载。
.
当裂纹起裂失稳扩展时，记录下载荷PQ，再将 试样压断，测得预制裂纹长度a，代入裂纹尖 端应力强度因子K的表达式中得到临界值，记 做KQ，然后按一些规定判断KQ是不是真正的 KIC；如果不符合判别要求，则KQ仍不是KIC， 需要重做。
.
• 国标《金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方 法》规定的主要使用试样是三点弯曲和紧凑拉 伸两种，试样尺寸如图1和图2所示，K的表达 式为 ：
K I B W F S 1 /2 ( 1 2 a a / W / W ) 3 /2 0 . 8 6 6 4 . W 6 4 a 1 3 . 3 2 ( W a ) 2 1 4 . 7 2 ( W a ) 3 5 . 6 ( W a ) 4 2
.
1．试样尺寸的确定
• 标准规定，测得的KQ是否有效，要看是否满 足以下两个条件：
K I B W F S 1 / 2 ( 1 2 a a / W / W ) 3 / 2 0 . 8 6 6 4 . W 6 4 a 1 3 . 3 2 ( W a ) 2 1 4 . 7 2 ( W a ) 3 5 . 6 ( W a ) 4 1
当S＝4W时，式（1）又可表示为
.
3．断裂实验
• 将制备好的试样用专门制作的夹持装置在一般 万能材料试验机或电子拉伸试验机上进行实验， 图4所示的是三点弯曲试样断裂韧度实验的示 意图。试样2放在支座上，机器油缸下装载荷 传感器1，下连压头，试样2下边装夹式引伸计 3。加载过程中，载荷传感器传出载荷P的信号， 夹式引伸计传出裂纹尖端张开位移V的信号， 将信号P、V通过放大器4输入X－Y函数记录 仪5，记录下P－V曲线，然后依P－V曲线确定 裂纹失稳扩展临界载荷PQ，依PQ和试样压断后 实测的裂纹长度a代入K式(式1）、
（1） （2）
B 2.5( KIC )2
s
Pmax /PQ 1.1
• 如果符合上述两项条件，KQ即KIC；如不符合， 则KQ不是KIC，须加大试样尺寸，重新实验。
.
2．试样制备
• 试样可以从机件实物上切去，也可以从铸、锻 件毛坯或轧材上切取。由于材料的断裂韧度与 裂纹取向和裂纹扩展方向有关，所以在切取试 样时应予以注明。
金属平面应变断裂韧度 KIC测定
主讲教师：
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一、实验目的
• 1.了解金属材料平面应变断裂韧度KIC试 验的Biblioteka 本原理以及对试样形状和尺寸 的要求。
• 2.掌握采用三点弯曲试样测试KIC的方法 及试验结果的处理方法。
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二、实验原理
• 断裂韧度KIC是金属材料在平面应变和小范围 屈服条件下裂纹失稳扩展时应力场强度因子KI 的临界值，它表征金属材料抵抗断裂的能力， 是度量材料韧性好坏的一个定量指标。断裂韧 度KIC的测试过程，就是把试验材料制成一定 形状的试样，并预制出相当于缺陷的裂纹，然 后把试样加载。加载过程中，连续记录载荷P 与相应的裂纹尖端张开位移V。裂纹尖端张开 位移V的变化表示了裂纹尚未起裂、已经起裂、 稳定扩展或失稳扩展的情况。
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四、试验步骤和方法
• 1. 测量试样尺寸。在缺口附近至少3个位置上 测量试样宽度W，准确到0.025mm或 0.1%δ(取其中之较大者)，取其平均值。
• 2．安装弯曲试样支座，使加力线通过跨距s的 中点，偏差在s的1%以内。放置试样时应 使裂纹顶端在位于跨距的正中，偏差也不 得超过s的1%,而且试样与支承辊的轴线应 成直角，偏差在±2 º以内。
• 试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削加工 (不需热处理的试样粗加工后直接进行磨削加 工)，随后开缺口和预制疲劳裂纹。试样上的 缺口一般用线切割加工。为了后面预制的裂纹 平直，缺口应尽可能尖锐，一般要求尖端半径 为0.08~0.1mm。
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• 开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制疲 劳裂纹。试样表面上的裂纹长度应不小于 0.25w或1.3mm，取其中之较大值。a/w应控制 在0.45~0.55范围内。预制疲劳裂纹时，先在试 样的两个侧面上垂直于裂纹扩展方向用铅笔或 其他工具画两条标线(图3)，其中标线AB与 0.5w相对应，标线CD在靠近缺口一侧，两条 标线间的距离应不小于缺口加疲劳裂纹总长度 的2.5%，即0.0125w。