第五章材料的断裂机理和断裂韧性_材料的宏微观力学性能.ppt

第五章 材料断裂韧性的测试 5.0 断裂类型与断裂韧性 5.1 平面应变断裂韧性KIC的测试 5.2 表面裂纹断裂韧性KIE的测试 5.3 平面应力断裂韧性KC的测试 5.4 J积分临界值JIC的测试 5.5 裂纹张开位移COD临界值dC的测试 断裂类型 断裂类型 5.1 平面应变断裂韧性KIC的测试 5.1.1 KIC的表达式 5.圆形紧凑拉伸试件 6.切口圆棒拉伸试件 (1) 平面应变条件对厚度的要求 (2)小范围屈服条件对裂纹长度的要求 (3) 韧带尺寸要求 5.1.4 测试步骤 1．试件制备 2．疲劳预制裂纹 3．测量试件尺寸 5．KQ的计算 5.2 表面裂纹断裂韧性KIE的测试 1. KIE的表达式 2．试件的尺寸要求 (1)厚度、裂纹深度和韧带尺寸 (2)宽度和长度 3．临界载荷的确定 3．临界载荷的确定 5.3 平面应力断裂韧性KC的测试 5.3.1 KC的表达式 5.3.2 试件尺寸的选择 5.3.3 KC值的确定:R曲线法和P-V曲线法 5.4.1 JIC的测试方法 1. 多试件法 2. 单试件法 3. JR阻力曲线法 5.4.2 临界点的确定 1. 电位法 ：在试样两端加恒定电流，测裂纹两侧电位的变化 2. 金相法——多试件法 2. 金相法——单试件法 3. 声发射法 5.5 裂纹张开位移COD临界值dC的测试 5.5.2 张开位移临界值VC的确定 第一类P-V曲线 第二类P-V曲线 第三类P-V曲线 第四类P-V曲线 5.5.3 δR -Δa曲线 方法：电位法，在试验过程中，用两台X-Y记录仪同步地绘出P-V曲线和E-t曲线。 第一类P-V曲线 第二类P-V曲线 第三类P-V曲线 第四类P-V曲线 曲线特征：载荷随位移增大而增加，一直到发生快速失稳断裂。在达到最大载荷时，可以听到清晰的爆裂声，这时在曲线上出现一个尖锐的折点，如图 (a)所示。 临界位移：最大载荷Pmax处的位移VC作为临界位移 曲线特征：有明显的“迸发”平台，在试验过程中，当达到“迸发”载荷时，也可以听到“爆裂”声。图 (c)与图 (b)不同之处在于：经过第二个“迸发”载荷后，试件还不立即快速断裂，曲线呈阶梯形向下延伸。它们的曲线上出现两个或多个折点，每个折点都对应着一个“爆裂”声和曲线上的一个“迸发”平台。 临界位移：裂纹尖端起裂对应第一个折点处的位移VC。(DD-l9标准) 曲线特征：载荷通过最高点后连续下降而位移不断增大，不出现斜率突变的现象，也听不到“迸裂”声。从P-V曲线上不能直接判断临界位移值，从E-t曲线上可以看出，经过一定的直线段后，出现明显的电位快速上升。如图 (d)所示 临界位移：沿E-t曲线的起始直线段作一直线，将曲线偏离直线的切点所对应的时间t作为裂纹缓慢扩展的开始点，再对应到曲线上，即可确定临界位移值VC。(DD-19标准附录A建议 ) 曲线特征：载荷达到最大值后，一直保持恒定，这时位移随时间增长而增大，从P-V曲线上不能直接确定临界位移值。 临界位移：E-t曲线(e)有明显的折点，可按图(d)的情况来确定临界位移值VC； E-t曲线(f)平坦，很难确定折点，按DD-19标准的建议，开始达到最大载荷(即载荷平台始点)时的位移作为临界位移值VC 。 δR -Δa曲线：以断裂韧性参量δ来表示的裂纹扩展阻力δR与瞬时裂纹长度扩展量Δa的关系曲线。 常用的COD值： 脆性失稳断裂或迸发点之前没有稳定裂纹扩展的情况下，测定失稳断裂点或迸发点的COD值做为dC。 在脆性失稳断裂或迸发之前有稳定裂纹扩展的情况下，应测定稳定裂纹扩展起始点(Da=0或Da=0.05mm)和失稳断裂点的COD值，分别用di(或d0.05)和du表示。 优越性：不仅能提供材料的抗起裂性能(di)，而且描述了起裂后裂纹的扩展行为；在评定材料和工艺质量及安全分析方面，比通常以起裂点为基础的弹塑性断裂韧性试验方法更为全面。 (1)厚度、裂纹深度和韧带尺寸 (2)宽度和长度 严格地说，试件尺寸包括板宽、裂纹深度和韧带尺寸均应满足平面应变条件和线弹性小屈服区的要求。由于表面裂纹试件板宽W代替了穿透裂纹试件板厚B的作用，故板宽较易满足要求，惟裂纹深度a和韧带尺寸(B-a)要满足(B-a) ≥2.5(KIE/ss)2的要求，则较困难。 1、对于a/B0.5的浅裂纹，为满足平面应变条件，对厚度B、裂纹深度a和韧带尺寸(B-a)分别规定为 2、对于a/B0.5的深裂纹，为得到稳定的KIE值，对厚度和韧带尺寸的要求为 1、对高强度钢 2、对KIE较高的铝合金，表面裂纹较深时，若宽度不足，裂纹所在的前表面会发生弯曲，故要求有较大的