[发明专利]一种在介观尺度捕捉块体材料裂纹萌生的试样及制作方法

权利要求书

1.一种在介观尺度捕捉块体材料裂纹萌生的试样制作方法，其特征在于：包括两端的夹持部分(1)、中间的测试部和弧型缺口(3)；两端的夹持部分(1)之间的测试部为内凹弧线旋转体结构，横截面积最小的横截面定义为测试截面，测试截面部位设有敞开的弧型缺口(3)；所述内凹为：弧线旋转体的弧线位于跟该段弧线相切圆的圆心与加工轴线两者之间；测试截面的面积不超过夹持部分最小横截面积的1/2；所述内凹弧线旋转体测试截面的内凹弧线曲率半径R不超过试样总长L的10倍，同时不小于测试截面直径d的1/2；所述弧型缺口(3)沿直线延申，该直线与弧线旋转体的旋转轴线垂直，且经过测试截面；并且在垂直于该直线的缺口横截面轮廓线中，靠近弧线旋转体轴线的部分呈圆弧形；所述缺口的半径r不超过测试截面直径d的1/2；所述缺口的深度h不超过缺口半径r的5倍；

所述制作方法步骤如下：

步骤1：采用机械加工或电加工的加工方式从原始材料上截取一块圆柱体形状的坯料；

步骤2：采用车床车削加工出试样两端的夹持部位的螺纹连接结构以及试样中部的内凹弧线旋转体结构，或采用铣床加工出所需的平板或带孔平板结构；所述内凹是指：弧线旋转体的弧线位于跟该段弧线相切圆的圆心和本步骤中车削加工轴线两者之间；所述弧线包含圆弧、双曲线或抛物线；

所述内凹旋转体的轴线和上述夹持部位的轴线保持一致，该轴线定义为试样轴线；

步骤3：采用车床精细加工试样中部的内凹弧线旋转体结构，使得横截面积最小的横截面即测试截面的直径d符合试样截面的要求；

测试截面积不超过夹持部分最小横截面积的1/2；所述内凹弧线旋转体测试截面的内凹弧线曲率半径R不超过试样总长L的10倍，同时不小于测试截面直径d的1/2；

步骤4：使用铣床对试样外表面加工，并且铣刀旋转轴线与试样轴线垂直，铣刀旋转轴线经过测试截面；加工完成后获得一个由铣刀加工形成的圆柱体和内凹弧线旋转体两者相贯线构成的敞开的缺口；

当槽深等于铣刀半径r时，槽的截面接近半圆，当铣刀深度增加，槽的截面由半圆与直线段构成；

所述缺口具有如下特征：缺口方向即上述铣刀旋转轴线与试样轴线垂直，沿缺口方向的对称面经过测试截面；

所述缺口的半径r不超过测试截面直径d的1/2；所述缺口的深度h不超过缺口半径r的5倍；

步骤5：采用砂纸打磨缺口附近区域，使得表面粗糙度为Ra 0.8，然后利用电解抛光上述区域，便于进行二次电子和背散射电子观察。

2.根据权利要求1所述在介观尺度捕捉块体材料裂纹萌生的试样制作方法，其特征在于：所述弧型缺口(3)的形状适于二次电子和背散射电子信号观察和数据采集，并且在力学试验加载时，缺口表面的中心区域产生应力集中，同时要满足二次电子成像和菊池带产生和接收条件。

3.根据权利要求1所述在介观尺度捕捉块体材料裂纹萌生的试样制作方法，其特征在于：所述测试部内凹弧线旋转体的弧线包含圆弧、双曲线或抛物线。

4.根据权利要求1所述在介观尺度捕捉块体材料裂纹萌生的试样制作方法，其特征在于：所述夹持部分(1)采用螺纹、平板或带孔平板结构。

5.根据权利要求1所述在介观尺度捕捉块体材料裂纹萌生的试样制作方法，其特征在于：所述夹持部分(1)采用螺纹、平板或带孔平板结构符合标准HB-5287。