西安交通大学材料力学性能试验报告——断裂韧性.docVIP

材料力学性能实验报告 姓名： 班级： 学号： 成绩： 实验名称 实验 断裂韧性的测定 实验目的 实验设备 工具读数显微镜一台； 位移测量器； 千分尺一把； 三点弯曲试样40Cr和20#钢试样各两个。 试样示意图 图1 三点弯曲试样 图2 紧凑拉伸试样 实验数据记录与处理 实验原始数据记录 试样编号 试样材料 宽度W(mm) 厚度B(mm) 1 20#钢退火态 25.10 13.10 2 25.00 13.00 3 40Cr800℃+ 100℃回火 25.08 12.62 4 25.06 12.56 表1 三点弯曲试样的尺寸记录 对强度高韧性低的材料，在加载过程中P―V曲线最初按直线关系上升，裂纹无明显扩展，当载荷达到临界值时试样突然断裂，计算时的 就取。 对强度较低塑性韧性较好的材料，达到一定载荷后，试样中间部分处于平面应变状态，发生突然开裂，此时载荷出现突然下降但立即又恢复上升。 对于韧性更好的材料，在试样中心平面应变区尚未开裂前，裂纹尖端已有较大的塑性区，产生明显的钝化，从而在裂纹扩展之前，裂纹嘴就有一定的张开，所以P―V曲线一开始就较早地偏离直线。当试样中心平面应变区开始断裂时，载荷本应该下降，但表面有较厚的平面应力区，该区要消耗大量的变形功才能断裂，所以仍表现为载荷上升，实际上这是掩盖了试样中心平面应变区开始断裂引起的载荷下降。 1）确定试样裂纹失稳扩展时的临界载荷 沿试验曲线的线性部分做直线OA，再做一条比OA直线斜率小5％的直线交于P―V直线，交点为。如果在之前没有比 更大的载荷，则就定为，（P―V曲线中的第一种情况）。如果在之前有一个最大的载荷超过，则取此载荷为。 根据实验得到的数据载荷-变形数据，用matlab软件画出载荷-变形曲线，同时做出一条比线性部分斜率小5%的直线与原来曲线相交。如图3,4,5,6所示。计算得到的值列于下表： 表2 各试样实验测得的值 试样编号 试样材料 (N) 01 40Cr800℃淬火+100℃回火 13058.742 02 17472.183 17472.183 412 20#钢退火态 8683 415 11409.044 8312 2）测量裂纹长度a 试样断裂后，在B＝0、B/4、B/2、3B/4、B的位置上测量裂纹长度,精确到0.5％，取，其中最大裂纹长度与最小裂纹长度之差不超过2.5％W。任一处的疲劳裂纹长度不得小于1.5mm。表面裂纹长度不得小于a的90％，否则试验无效。 表3 预制疲劳裂纹结果测量记录表（单位：mm） 试样编号 01 12.7050 12.9035 14.2060 14.2565 13.8380 12.8760 20.7580 20.1595 20.3760 13.9545 02 13.3115 13.3455 13.0060 12.5505 12.0660 13.5100 16.5720 19.5045 18.1405 12.2605 412 10.6820 11.4340 11.7470 11.5545 10.9660 10.8860 11.6415 12.3245 11.8860 11.1370 415 11.8580 12.5535 12.8300 12.6340 11.8675 12.0340 12.7495 13.6925 12.9090 12.0115 然后根据上表数据计算平均裂纹长度a。 表4 平均裂纹长度计算数据（单位：mm） 试样编号 01 0.1710 7.8545 5.9535 6.1195 0.1165 6.6425 02 0.1985 3.2265 6.4985 5.5900 0.1945 5.1050 412 0.2040 0.2075 0.5775 0.3315 0.1710 0.3722 415 0.1760 0.1960 0.8625 0.2750 0.1440 0.4445 3）计算 由公式： 式中：载荷；S：跨距；B：试样厚度；W：试样宽度。 当S/W=4时， 根据表2和表4的数据，代入到公式和中编写matlab程序得到值如下表： 表5 各试样的值和其有效性的判定 材料 试样编号 40Cr800℃淬火+100℃回火 01 1.022 845.0 1.000 1.619 02 0.945 1050.3 1.000 2.502 20#钢退火态 412 0.350 185.9 1.461 0.631 415 0.381 194.8 1.373 0.693 有效性的判据：（1）；（2）。在根据表5中得到的数据对的有效性进行判定，可以看到： 40Cr的两个试样都满足以上两个判据，而20#钢试样都不满足以上判据。