[发明专利]一种含穿透短裂纹的金属材料板状疲劳试样的制备方法在审

专利信息
申请号: 201810985160.4 申请日: 2018-08-28
公开(公告)号: CN109142000A 公开(公告)日: 2019-01-04
发明(设计)人: 张鹏;许自宽;王斌;段启强;张哲峰 申请(专利权)人: 中国科学院金属研究所
主分类号: G01N1/28 分类号: G01N1/28;G01N1/36;G01B11/02;G01B5/02
代理公司: 沈阳科苑专利商标代理有限公司 21002 代理人: 于晓波
地址: 110016 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 疲劳试样 制备 穿透 金属材料板 单轴 去除 制备技术领域 金属材料 材料分析 单轴加载 二次切割 疲劳裂纹 人力物力 三点弯曲 砂纸打磨 使用机器 制备过程 夹持段 疲劳机 平行段 线切割 预加工 板状 预制 打磨 疲劳 精细 测试 加工 研究
【说明书】:

发明公开了一种含穿透短裂纹的金属材料板状疲劳试样的制备方法,属于材料分析测试的试样预加工制备技术领域。该方法首先在三点弯曲试样上预制疲劳裂纹;加工单轴加载的疲劳试样;然后对试样进行二次切割去除缺口;通过砂纸打磨去除线切割痕迹,最后通过精细打磨获得目标短裂纹长度,即得到所述含穿透短裂纹的金属材料疲劳试样。本发明制备的含穿透短裂纹的板状单轴疲劳试样的几何形状经特殊设计,在制备过程中可以使用机器进行操作,节省人力物力。试样包含夹持段、过度弧、平行段,可以用于单轴疲劳的研究。试样的尺寸得当,制备重复性好,适用于常用的疲劳机。

技术领域

本发明涉及材料分析测试的试样预加工制备技术领域,具体涉及一种含穿透短裂纹的金属材料板状疲劳试样的制备方法。

背景技术

以疲劳为主要失效方式的工程构件,在设计上要求了解非常小尺度的疲劳裂纹的扩展特征。大多数的研究采用连续介质力学方法来描述小裂纹,结果表明当名义驱动力相同的时候,小裂纹的扩展速率会比长裂纹的相应速率高得多。因此把长裂纹疲劳试验得到的数据应用于短裂纹构件破坏设计,可能导致对疲劳寿命的过高估计。为了对短裂纹扩展进行测试实验,人们尝试制备包含短裂纹的试样。

现有的预制裂纹方式是先采用线切割或者机械加工方法加工出缺口,然后再在疲劳机上加交变循环载荷预制出疲劳裂纹。然而用这种方法获得的裂纹通常在毫米级别,无法满足短裂纹研究需要的微米级别的要求。并且这种裂纹包含一个缺口,与真正的裂纹有区别。而且用这种方法得到含裂纹的试样通常是三点弯曲试样,无法用于单轴疲劳测试。因此有必要发明一种含穿透短裂纹的疲劳试样的制备方法,使研究人员可以控制预制裂纹的长度,从而研究短裂纹的扩展特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含穿透短裂纹的板状疲劳试样的制备方法,通过本发明方法制备了包含真实的裂纹的试样,裂纹的长度在微米级别,且试样的几何形状能够满足单轴疲劳的要求。

为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:

一种含穿透短裂纹的金属材料疲劳试样的制备方法,该方法包括如下步骤:

(1)三点弯曲试样上预制疲劳裂纹;

(2)加工单轴加载的疲劳试样:沿垂直于疲劳裂纹前沿线的方向进行线切割,得到含有穿透裂纹的具有夹持段、过度弧和平行段的疲劳试样;

(3)测量裂纹长度a1:通过砂纸打磨去除线切割痕迹,然后使用光学显微镜观察试样的平行段处的裂纹,测量得裂纹的长度为a1

(4)对步骤(3)测试裂纹长度a1后的试样进行二次切割去除缺口;

(5)测量裂纹长度a2:通过砂纸打磨去除线切割痕迹,然后使用光学显微镜观察试样的平行段处的裂纹,测量得裂纹的长度为a2

(6)精细打磨获得目标短裂纹长度,即得到所述含穿透短裂纹的金属材料疲劳试样。

上述步骤(1)中,预制疲劳裂纹的具体过程为:首先加工出三点弯曲试样,用线切割方法加工出缺口,然后再在疲劳机上加交变循环载荷预制出疲劳裂纹。

上述步骤(2)中,所切割出的试样的位置要距离三点弯曲试样的边缘至少1mm,保证不包含裂纹两端的塑性区。

上述步骤(3)中,使用砂纸打磨时不能破坏试样的几何形状;同时,打磨的方向要垂直于裂纹开裂的方向;使用光学显微镜观察测量的裂纹长度是从裂纹尖端到缺口所在的边缘(缺口开口端所在平面)的长度。

上述步骤(4)中,所述二次切割是指,通过线切割切除宽度为a1-1mm的部分,去除缺口,留下一条真实的裂纹;切割的方向与裂纹方向相垂直。

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