[发明专利]一种基于原位SEM的裂纹尖端张开角度测量方法

权利要求书

1.一种基于原位SEM的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 试样准备：对试样进行机加工，达到所需的几何尺寸及表面粗糙度；

(2) 装夹试样，扫描电镜成像：将试样装夹于原位试验机的试样台上，调整扫描电镜的倍率和对比度，直至可清晰观察到试样表面；

(3)设置试验条件开始试验：设定原位试验机的加载参数，采用拉-拉疲劳载荷预制裂纹；

(4)断裂试验和采集图像：预制裂纹完毕后，采用单向拉伸载荷进行断裂试验，与此同时，扫描电镜每隔一定的加载时间对裂纹尖端进行图像采集；

(5)计算CTOA值和测量裂纹长度a：试验完毕后，用扫描电镜依次测量图像中的裂纹长度a，并将图像依次输入到“CTOA计算方法”模型中计算对应的CTOA值；

(6)获得CTOA-Δa的演化趋势：将计算得到的CTOA和扫描电镜测得的裂纹扩展增量Δa绘制在同一个坐标系中，得到CTOA-Δa的趋势图。

2.如权利要求1所述的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，在步骤（1）中，将加工好的试样用1000#和2000#的砂纸打磨，随后将试样置于抛光机上进行抛光，依次使用直径3μm和0.5μm的金刚石抛光液，磨抛过后用超声波清洗机清洗试样，然后烘干。

3.如权利要求1所述的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，在步骤（2）中，将试样装夹在原位试验机的夹头上，将试样连同夹头整体置于扫描电镜真空箱中，使得试验过程处于扫描电镜的观察视场中，调整扫描电镜的焦距、对比度、像散，直至能在1000X下清晰观察到试样表面。

4. 如权利要求1所述的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，在步骤(5)中， 所述“CTOA计算方法”模型是基于Matlab语言编写的程序代码，通过对图像中的灰度值进行分析比较，求出两条裂纹线上若干个离散点的位置，对两条裂纹线上的点分别进行最小二乘拟合，两条拟合直线之间夹角的大小即为CTOA值。

5.如权利要求1所述的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，在步骤（7）中，得到裂纹稳定扩展过程中裂纹扩展量Δa与相应裂纹尖端张开角CTOA的关系。

6. 如权利要求5所述的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，在步骤（7）中， CTOA趋于稳定状态时的下限值即认为是裂纹尖端张开角的临界值CTOA_C。

7.如权利要求1所述的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，所述“CTOA计算方法”模型是调用Matlab中的im2bw函数。

8.如权利要求1所述的裂纹尖端张开角度测量方法，其特征在于，所述“CTOA计算方法”模型以设定的阈值将图像二值化，使得图像中的像素点只有两种灰度等级，灰度值大于阈值的像素点为1，灰度值小于阈值的像素点为0。