试验内容与结果表示技巧优化

1.试验温度

在环境温度试验条件下，试验温度应控制在±2℃，并做记录。为此，应在距离裂纹尖端5mm以内的区域用热电偶或铂电阻温度计与试样表面接触进行测量。试验应在适当的低温或高温介质下进行。

冷却介质为液体时，当试样表面温度达到试验温度，每1mm厚度浸泡时间至少为30s。冷却介质为气体时，每1mm厚度保温时间至少为60s。在试验温度下的浸泡时间最少为15min。试样温度应保持在试验温度的±2℃以内。

图9-29 内置刀口和相应的缺口几何尺寸

注：1.如果刀口是通过黏结或类似的方式固定在试样边沿，则2y等于刀口两端点之间的距离。

2.如果用刀片代替内置刀口，则通常在加力线上刀片厚度一半处测量位移。

①2y+螺纹直径=W/2。

②2x见试样制备中的6）。

③见图9-27。

④加载线。

⑤台阶紧凑拉伸试样的加载线。

图9-30 三点弯曲试验装置

1—辊 2—橡皮筋或弹簧 3—固定橡皮筋或弹簧的箍

注：1.两辊及上压头与试样的接触面应互相平行，且平行度误差不大于±0.002W。

2.试验装置和辊的硬度不小于40HRC或试样硬度，取其大者。

图9-31 用于紧凑拉伸试样的平底加载销孔U形钩的典型设计

注：1.加载销的直径=0.24W_-0^0.005W。

2.U形钩和加载销的硬度不小于40HRC或试样硬度，取其大者。

3.对于大位移量的试样，U形钩销孔的直径应放大到括号内的尺寸。

①加载平面。

②为便于安装引伸计可以将U形钩的角去掉。

2.试验速率

试验应在缺口张开位移、施力点位移或横梁位移的控制条件下进行。施力点位移速率应该保证在线弹性区，应力强度因子速率在0.2～3MPa·m^1/2/s之间。对于同一组试验，所有试样都应在同一标称速率下加载。

3.试验后的裂纹测量

试样在试验后应被打断，进行断口检查，测定原始裂纹长度a₀及在试验过程中发生的稳定裂纹扩展量Δa。对于某些试验，有必要在试样打断之前标记出稳定裂纹扩展的范围。稳定裂纹扩展量可以通过着色或试验后二次疲劳的方法标记。注意尽量减小试验后试样的变形。对于铁素体钢，通过冷却脆化的方法有助于试样打断时试样变形的减小。

（1）初始裂纹长度a₀ 测量初始裂纹长度a₀时，应该测量到疲劳裂纹的尖端，测量仪器的准确度应不低于±0.1%或0.025mm，取其大者。图9-33和图9-34显示了9点测量位置。a₀值是通过先对距离两侧表面0.01B位置（对于开侧槽试样，从侧槽根部算）取平均值，再和内部等间距的7点测量长度取平均值得到的。

（2）稳定裂纹扩展长度 应借助测量准确度±0.025mm的仪器按照9点平均值方法测量初始裂纹长度a₀和终止裂纹长度a_f。按下式计算稳定裂纹扩展长度Δa：

Δa=a_f-a₀

式中 Δa——稳定裂纹扩展长度，单位为mm；

a_f——终止裂纹长度，单位为mm；

a₀——初始裂纹长度，单位为mm。

（3）非稳定裂纹扩展 当有证据表明不稳定裂纹的止裂和pop-in（突变）特性（见图9-35）有联系时，在每一个pop-in之前的整个扩展量Δa都应进行记录。

4.平面断裂韧度的测量

（1）F_Q的定义 如图9-36所示，从原点做直线OF_d，该直线的斜率比记录曲线的线性部分OA的斜率低ΔF/F倍，ΔF/F的值应满足下列要求：

1）对于三点弯曲试样的力F与缺口张开位移V曲线：ΔF/F=0.05。

图9-32 用于紧凑拉伸试样的圆底加载销孔U形钩的典型设计

注：1.加载销的直径=0.24W⁰_-0.005W。

2.U形钩和加载销的硬度不小于40HRC或试样硬度，取其大者。

①为便于安装引伸计可以将U形钩的角去掉。

图9-33 三点弯曲试样裂纹长度的测量

a）普通试样 b）开侧槽试样

1—参考线 2—裂纹平面区域 3—机加工缺口 4—疲劳预制裂纹 5—初始裂纹前缘 6—伸张区 7—裂纹扩展区 8—最终裂纹前缘 9—侧槽

①在1～9的位置测量初始和最终裂纹长度。(www.xing528.com)

②未按比例。

图9-34 紧拉试样裂纹长度的测量

a）普通试样 b）开侧槽试样

1—参考线 2—裂纹平面区域 3—销孔的中心线 4—机加工缺口 5—疲劳预制裂纹 6—初始裂纹前缘 7—伸张区 8—裂纹扩展区 9—最终裂纹前缘 10—侧槽

①在1～9的位置测量初始和最终裂纹长度。

②未按比例。

2）对于三点弯曲试样的力F与施力点位移q曲线：ΔF/F=0.04。

图9-35 pop-in特性的估计

注：1.C是初始柔度。

2.Q₁代表V或q。

3.为了清晰将pop-in夸张。

①pop-in1。

②pop-in2。

③pop-in3。

3）对于紧凑拉伸试样，力F与缺口张开位移V及力F与施力点位移q曲线：ΔF/F=0.05。

图9-35中的Ⅰ型和Ⅱ型曲线F_d之前的最大力是F_Q，图中的Ⅲ型曲线F_d=F_Q。

图9-36 F_Q的定义

（2）K_Q的计算 平面应变断裂韧度K_IC的条件值K_Q按下面方法计算。

1）对于三点弯曲试样，按下式计算：

式中 K_Q——平面应变断裂韧度K_IC的条件值，单位为MPa·m^1/2；

S——跨距，单位为mm；

F_Q——条件力，单位为kN；

B——试样厚度，单位为mm；

B_N——两侧槽之间试样的净厚度，单位为mm；

——应力强度因子系数，由表9-5查出。

表9-5 应力强度因子系数（三点弯曲试样）

2）对于紧凑拉伸试样，按下式计算：

式中 K_Q——平面应变断裂韧度K_IC的条件值，单位为MPa·m^1/2；

F_Q——条件力；单位为kN；

B——试样厚度，单位为mm；

B_N——两侧槽之间试样的净厚度，单位为mm；

——应力强度因子系数，由表9-6查出。

表9-6 应力强度因子系数（紧凑拉伸试样）

（3）平面应变断裂韧度K_IC的有效值判定 如果满足下列条件：

式中 a₀——初始裂纹长度，单位为mm；

K_Q——平面应变断裂韧度K_IC的条件值，单位为MPa·m^1/2；

R_p0.2——规定塑性延伸强度，单位为MPa；

W——裂纹宽度，单位为mm。

K_Q就是平面应变断裂韧度K_IC。