[发明专利]一种激光共聚焦显微镜原位观察疲劳裂纹的方法

说明书

一种激光共聚焦显微镜原位观察疲劳裂纹的方法，属于疲劳裂纹检测技术领域。包括制备形状为有平行段带肩膀的疲劳试样；试样表面磨抛处理；安装并在试样上施加1～5牛顿的力；设定最大力值为屈服强度×受力面积×80％，最小力值为0N；加载和卸载速度为每秒加载或卸载最大力N/S，频率0.5Hz；实验完毕后分析保存实验数据及视频结果；选取典型视频转换成图片，测量裂纹长度a，找出相对应的疲劳周次N，再计算出裂纹长度a和疲劳周次N关系：获得裂纹扩展速率da/dN。优点在于，操作简单、测量精确，可以原位跟踪研究疲劳裂纹与微观组织结构、夹杂物和取向之间的关系。

技术领域

本发明属于疲劳裂纹检测技术领域，特别涉及一种激光共聚焦显微镜原位观察疲劳裂纹的方法。尤其涉及一种利用激光共聚焦显微镜原位观察疲劳裂纹启裂及扩展过程的试验方法。

背景技术

随着汽车、航空等领域的快速发展，材料强度等级不断提高。与此同时，构件对于缺陷的敏感程度也变得越来越明显。许多大型构件在远低于其屈服强度的条件下就发生断裂，这与材料的疲劳性能密切相关。疲劳裂纹的生产和发展是构件失效的主要原因。因此开展疲劳裂纹的萌生以及扩展过程的研究非常重要。

材料疲劳裂纹的观测方法主要有：1、如专利CN 106124566 A所述，采用应变计电阻变化测试疲劳裂纹尺寸；2、如专利CN 106248698 A所述，采用毫米波导探针自动检测疲劳裂纹；3、如专利CN 105352586 A所述，采用检测共振频率实现疲劳裂纹检测的方法；4、如专利CN 102679931 B原位测量疲劳裂纹扩展长度的新方法；5、王苗苗等报道的“航空用超高强度钢疲劳裂纹表面长度与内部长度之间的关系”(航空材料学报，2009，29卷，p102-106。6)采用扫描电镜原位观测的方法等。前3种方法主要是针对宏观裂纹长度的检测方法，不能够直观准确的看到疲劳裂纹的形貌。第4种方法，是采用金相显微镜和电荷耦合摄像头，实时跟踪疲劳裂纹尖端扩展路径，通过容栅传感器即时将机械位移量转变成电信号的相位变化量，再通过测量电路处理后得到精确的疲劳裂纹长度。这种方法的放大倍数受到金相显微镜放大倍数的限制，一般较低(最高500倍)，裂纹观察不清楚。方法5采用日本岛津公司的SEM(550)-SERVO带扫描电镜高温伺服疲劳系统上进行的。该系统能够精确控制为了能动态观测试样表面缺陷演化过程，从而实现高精度下实时、清晰、原位观测试样表面裂纹萌生与扩展情况。但此设备比较昂贵，设备数量较少。

本发明属于疲劳裂纹检测领域，特别是涉及一种应用高温激光共聚焦显微镜进行拉-拉疲劳裂纹的原位观察法，该方法不但可得到疲劳裂纹启裂及扩展过程的视频，而且通过计算可以分析出疲劳裂纹扩展速率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光共聚焦显微镜原位观察疲劳裂纹的方法，解决了准确实时观察疲劳裂纹同时分析出疲劳裂纹扩展速率及微观结构对疲劳裂纹扩展的影响。

一种激光共聚焦显微镜原位观察疲劳裂纹的方法，具体步骤及参数如下：

1、试样制备：将试样切割成板状，疲劳试样样品形状为有平行段带肩膀的试样，平行段的长度为2～8mm，厚度为0.5mm～2.5mm；宽度为2mm～10mm，平行段中间位置两侧采用线切割、激光切割、水切等方式对称开缺口，单侧缺口深度为0.5mm～4mm。过度弧半径是试样平行段宽度的1.1～10倍；试样肩膀处居中开圆孔，以固定试样。

2、试验前处理：将准备好的试样表面进行磨抛处理，可采用金相法、电解法、离子刻蚀法，保证缺口位置无划痕。根据实验要求，进行组织浸蚀。

3、安装试样：首先把制备好的试样水平放在拉伸台上，试样上施加1～5牛顿的力，使试样稳定固定在试样台上，位移归零，用显微镜观察预制裂纹底部，根据实际情况，放大倍数300倍～600倍。