试验内容和结果的展示

1.试验原理

使用预制疲劳裂纹试样通过增加力来测定金属材料的断裂韧度（K_IC），力与缺口张开位移可以自动记录，也可以将数据储存到计算机。根据对试验记录的线性部分规定的偏离来确定2%最大宏观裂纹扩展量所对应的力，根据这个力计算出K_IC。

K_IC表征了在严格拉伸力约束下有尖端裂纹存在时材料的断裂抗力，此时裂纹尖端附近的应力状态接近于平面应变状态，裂纹尖端塑性区的尺寸比裂纹尺寸、试样厚度和裂纹前沿的韧带尺寸要足够小。K_IC通常情况下代表了试验温度下断裂韧度的下限值。

2.断裂韧度K_IC试样疲劳裂纹的预制

预制疲劳裂纹时可以采用力控制，也可以采用位移控制。最小循环应力与最大循环应力之比（R）应不超过0.1，如果K_Q值和有效的K_IC结果相等，那么预制疲劳裂纹时的最大应力强度因子应不超过后面试验确定的K_Q值的80%。在预制疲劳预裂纹的最后阶段（裂纹长度a的2.5%），K_f应不超过K_Q值的60%。若疲劳预裂纹和断裂试验在不同的温度下进行，K_f应不超过0.6[（R_p0.2）_p/（R_p0.2）_t]K_Q，其中（R_p0.2）P和（R_p0.2）_t分别为预制疲劳裂纹温度下和试验温度下的规定塑性延伸强度R_p0.2。

3.三点弯曲试样试验

1）试样缺口的中心对准两个支承辊中心距的中点，准确到跨距的1%，同时应与支承辊垂直，偏差在±2°以内。

2）弯曲试样K_Q（K_IC的条件值）值按下式计算：

K_Q=[F_QS/（BW^3/2）]×f（a/W）

式中 K_Q——K_IC的条件值，单位为N/mm^3/2；

F_Q——特定的力值，单位为N；

S——弯曲试样跨距，单位为mm；

B——试样厚度，单位为mm；

W——试样宽度，单位为mm；

a——裂纹长度，单位为mm；

f（a/W）——自变量为a/W的函数，其值可用下式计算：

4.紧凑拉伸试样试验

1）为了使加力时偏心最小，加力杆中心线偏差应在±0.75mm以内。

2）紧凑拉伸试样的K_Q值按下式计算：

K_Q=[F_Q/（BW^1/2）]×f（a/W）

式中 K_Q——K_IC的条件值，单位为N/mm^3/2；

F_Q——特定的力值，单位为N；

B——试样厚度，单位为mm；

W——试样宽度，单位为mm；

a——裂纹长度，单位为mm；

f（a/W）——自变量为a/W的函数，其值可用下式计算：

5.C形拉伸试样试验

1）安装U形钩，上、下加力杆中心线偏差在0.76mm以内。试样应位于U形钩的正中，偏差在0.76mm以内。

2）C形拉伸试样的K_Q值按下式计算：

K_Q=[F_Q/（BW^1/2）]（3X/W+1.9+1.1a/W）×[1+0.25（1-a/W）²（1-r₁/r₂）]f（a/W）

式中 K_Q——K_IC的条件值，单位为N/mm^3/2；

F_Q——特定的力值，单位为kN；

B——试样厚度，单位为cm；(www.xing528.com)

W——试样宽度，单位为cm；

a——裂纹长度，单位为cm；

X——加力孔偏置尺寸，单位为cm；

r₁/r₂——内外半径比；

f（a/W）——自变量为a/W的函数，其值可用下式计算：

f（a/W）=[（a/W）^1/2/（1-a/W）^3/2]×[3.74-6.30a/W+6.32（a/W）²-2.43（a/W）³]

6.圆形紧凑拉伸试样试验

1）安装U形钩，上、下加力杆中心线偏差在0.76mm以内，试样应位于U形钩的正中，偏差在0.76mm以内。

2）圆形紧凑拉伸试样的K_Q值按下式计算：

K_Q=[F_Q/（BW^1/2）]×f（a/W）

式中 K_Q——K_IC的条件值，单位为N/mm^3/2；

F_Q——特定的力值，单位为kN；

B——试样厚度，单位为cm；

W——试样宽度，单位为cm；

a——裂纹长度，单位为cm；

f（a/W）——自变量为a/W的函数，其值可用下式计算：

7.试验结果的计算与解释

（1）F_Q的确定 如果采用记录仪，确定条件值F_Q的方法如下：

1）在试验记录上，通过原点画一条斜率为（F/V）S=0.95（F/V）₀的割线OF_S（见图9-14），其中（F/V）₀是记录的线性部分切线OA的斜率。

2）如果在F_S之前记录曲线上每一个点的力均低于F_S（Ⅰ类），则取F_Q=F_S。

3）如果在F_S之前还有一个最大力超过F_S（Ⅱ类和Ⅲ类），则取这个力为F_Q。

4）如果采用计算机数据采集系统，和上面一样，通过数据缩减程序可确定相同的力（F_Q和F_max）。

（2）K_IC的确定 计算比值F_max/F_Q，其中F_max为最大力。

1）若该比值不超过1.10，则可按（1）中所述公式计算K_Q；若比值大于1.10，则该试验不是有效的K_IC试验。

图9-14 典型的力-位移记录曲线

2）计算2.5（K_Q/R_p0.2）²，若这个值小于试样厚度、裂纹长度和韧带尺寸，则K_Q等于K_IC；否则，该试验不是有效的K_IC试验。

8.断口形貌观察

典型断口形貌有部分斜断口、大部分斜断口和全部斜断口，如图9-15所示。

图9-15 典型的断口形貌

a）部分斜断口 b）大部分斜断口 c）全部斜断口