[发明专利]由简单拉伸试验测定延性金属张开型临界应力强度因子

说明书

本发明属于钢材或其他延性金属的机械性能的测定方法。

钢材的断裂韧性K_1C是断裂力学计算中的一项重要机械性能指标，它对机器另件、交通工具等失效和事故分析有重大作用。现在测定K_1C的方法，通常都采用美国E-399规范的测定方法。此法存在缺点较多，因采用平板试件，故必须满足平面应变条件;同时它又是一种多试件的测定方法，最后一个试件经常是既重又大，这会使试件制造和试验工作更为困难。而且平板试件需要予制裂纹，先用线切割机割出细缝，再用疲劳试验机拉出疲劳裂纹，因此需要工时长、而试件又多、设备复杂，致使试验费用很高。采用这种方法来测试，由于应用的是条件临界载荷，又不是用真实裂纹，故测定K_1C值的误差较大，一般在±10%以内。此外，对于高温下的钢和受过辐射的钢的K_1C，应用该法也难以测定。

本发明的目的是应用普通液压万能试验机和单个光滑圆形小试件，由简单拉伸试验方法测得各钢种的断裂韧性K_1C值。

本发明的具体方法是采用普通液压万能试验机，将所测钢种的小圆试件进行简单拉伸试验，得到如图1所示的OBFR载荷-伸长（P-△l）图。该图由两部份构成：一部份O-B段，另一部份为B-F-R段。前一段为加载曲线，后一段称拉伸断裂曲线。两段曲线以极限载荷即最高点B点为分界点。从B点开始，在试件某一段便出现颈缩现象，其颈截面中心产生一小圆片裂纹，在载荷下降过程中，圆片裂纹缓慢扩大，同时试件颈截面外径也在缩小，直至某一点（F点）即临界点。此后，圆片裂纹开始快速失稳扩展，直到R点使试件断为两半，如图3所示。而对应临界点F如图2所示，其临界载荷P_F、纤维区直径d_a和颈截面外径d_F都可方便地测出，试验结果表明，纤维区直径d_a在F点与R点处保持不变。由P_F、d_a、d_F即可求得所测钢种的K_1C，其计算公式如下：

其中

使用本发明方法的特点是要求由液压万能机施加的载荷作用线应与圆试件轴线相一致，这样才可能出现有临界点F的断裂曲线，在试件颈部截面中心处形成圆片裂纹，并测出d_a、d_F。而如果载荷作用线与试件轴线不一致，则会出现图4所示的P-△l图，在断裂曲线上没有F点，因此，这样只能测σ_s、σ_b等数据，而不能测出K_1C。本发明要求所用液压万能试验机应当满足载荷作用线与试件轴线相一致的要求。如试验机达不到这一要求，（由于制适误差所致，多数试验机达不到此要求）则应当设计制作一保持器，使试件安装它以后可保证载荷作用线与试件轴线一致，就能方便地利用本法测出各种钢的K_1C。当然要求试件各段的中心线在制作中是一致的。

附图说明：

图1为本发明所得载荷-伸长（P-△l）图。

图2为本发明对应临界点F点处试件截面图。

图3为本发明对应断开点R点处的断口图。

图中符号：1-纤维区;2-放射区;3-剪切唇。

图4为一般简单拉伸试验所得载荷-伸长（P-△l）图。

图5为试件在保持器中夹持时的示意图。

图中符号：4-试件;5-保持器;6-试件工作段。

图6为保证载荷作用线与试件轴线相一致的保持器之结构示意图。

图7为保持器上视图。

本发明实施例：

采用液压万能试验机型号：济南试验机厂30吨（300KN）液压万能试验机。如图6所示的保持器，这种保持器结构由三块同样的配件组成，相互用螺栓连接，各配件的中央围成一圆孔，便于与试件外径相配合。当螺栓拧紧时，如图5所示，保持器便能夹紧试件上、下两端，使载荷作用线与试件轴线一致。

取钢材A3、45^＃和9SiCr，分别通过使用保持器在上述液压万能试验机上进行简单拉伸试验，获得有临界点的载荷-伸长（P-△l）图，然后用本发明方法测量P_F、d_a和d_F，计算得到各钢种的K_1C值，具体结果如下表所示：