实验2 平面应变断裂韧度KIC的测定

马 杭 编写

平面应变断裂韧度 是含裂纹线弹性材料抵抗裂纹扩展能力的度量，是衡量材料断裂性能的重要指标。材料断裂韧度的测定对于断裂安全设计与缺陷评定、冶金因素对材料性能影响的研究、产品质量的控制与验收、材料组织设计与工艺优化、防止断裂事故的发生等都有重要的意义。材料的断裂性能指标必须通过实验来测定，参见国家标准GB4161-84。

一、实验目的

1.学习平面应变断裂韧度 的测试方法，了解实验的主要步骤。

2.学习掌握 测试的计算方法。

3.学会107JA测量显微镜的使用方法。

4.完成某金属材料的 的测试试验。

二、实验设备与仪器

1.WDW-100A电子万能试验机。

2.三点弯曲断裂装置、测量显微镜107JA、双悬臂梁夹式引伸计及标定器。

3.三点弯曲试样一块、刀口两个、游标卡尺一把、502胶、丙酮。

4.计算机。

图20-1  三点弯曲试样

三、试样

试样几何形状如图20-1所示，选材并经过一定的处理后，再经取样和机械加工、开线切割前导缺口、预制疲劳裂纹等步骤而制成。

四、测试步骤

1.用游标卡尺测量试样厚度B、高度W，粘贴刀口，刀口间距为mm，粘贴时注意刀口对中（刀口关于裂纹位置对称）。

2.用标定器对夹式引伸计进行标定，以获得刀口实际张开位移与记录张开位移的比例关系。

3.安装引伸计，进行三点弯曲加载试验，加载速度为1～5m/min。观察屏幕上载荷—刀口张开位移曲线的变化。试样断裂后保存数据文件，打印记录曲线以供分析计算用。

图20-2  初始裂纹尺寸 的测量

4.观察断口形貌。

5.在测量显微镜上测量初始裂纹尺寸 。测量位置在沿厚度B/4、 B/2、3 B/4之处，如图图20-2所示，并按下式取三个测量值的平均值作为裂纹尺寸。要求三个测量值之间任意两个值之差不大于 的10%。

五、 的分析计算

1.在记录曲线（载荷—刀口张开位移曲线， 曲线）上确定线性段的斜率（ ），过线性段做直线，交零载荷水平线于O点，记录曲线初始段的轻微非线性忽略不计。

2.确定 的0.95割线法：过O点做割线与 曲线相交，其斜率为 ，交点载荷记作 。若在 之前 曲线上每一点载荷都小于 ，则 ；若在 之前 曲线上还有一个超过 的最大载荷（突进点Pop-in），则取此最大载荷作为 。

3.计算 值（ ）

其中

4.试验的有效性判断

计算载荷比 ，其中 为试样所承受的最大载荷；计算 ，其中 为材料屈服强度。如果同时满足下列条件：

≤

≤

≤

则 ，否则该试验不是有效的 试验。

5.计算试样强度比

试样强度比 是试样在裂纹顶端处的名义断裂应力与材料屈服强度的比值，是无量纲量。国家标准GB4161-84规定，当试样形状、尺寸相同，不满足 试验有效性条件，如果试样所承受的最大载荷是由于裂纹的显著扩展而不是塑性失稳造成的，可用试样强度比 作为材料韧性的相对度量。

六、试验结果整理

1.在坐标纸上，画出 记录曲线，标出坐标和单位。

2.完成 的分析计算。

3.自行设计实验报告的形式，对本实验进行必要的讨论，完成实验报告。