高强钢断裂韧性K_(IC)的小尺寸试样评价方法

研究了不同尺寸的0Cr13Ni8Mo2Al沉淀硬化高强钢断裂韧性试样的断口形貌和断裂机理。结果表明:断裂韧性试样的拉断区可分为裂纹慢速扩展区(解理区)和快速扩展区(韧窝区);而断裂能,则主要消耗在裂纹慢速扩展区内。本文建立了断裂韧性K_(IC)的小尺寸试样评价方法。根据该方法,使用小尺寸试样测得的断裂韧性K_(IC)值与使用标准试样测得的断裂韧性K_(IC)值之间的相对误差为9%,没有超过10%。这个结果表明,使用小尺寸试样评价方法测出的金属材料的断裂韧性K_(IC)值是十分可靠的。     

结构钢的J_(IC)断裂韧性值与温度的关系和试验方法的评定

用电位法和其他方法在从室温到液氮温度之间的温度下,評定了室温下伸长率比较高的四种结构钢的断裂韧性。其结果概括如下: (1)在室温下,用电位法求得的(J_(IC))值非常接近于用R-曲线法求得的(J_(IC))R值。用拉伸区宽度(SZW)法求得的(J_(IC))S值比(J_(IC))E值高15％。 (2)在室温下,由电位曲线的折点检测到的裂纹始裂与形成Ⅱ型韧窝并发生缩颈的阶段相对应。在裂纹始裂之前,拉伸区前方已经形成空穴。 (3)当试验温度降低时,因屈服强度增高,故J_(IC)值也随之增大,而在预裂纹顶端产生解理断裂时,则J_(IC)值急剧下降。 (4)J_(IC)同CTOD以及同K_(IC)的关系分別如下: J_(IC)=1.790_y·δ(适用于塑性断裂) K_(IC)=0.81J_(IC)·E~(1/2)(适用于脆性断裂)     

GCr15钢接触疲劳寿命与断裂韧度关系的研究

对五种不同硫含量(0.009—0.092wt％)的GCr15钢进行了接触疲劳试验并测试了其断裂韧度K_(IC)值。试验数据进行了较为严格的统计处理,研究了接触疲劳寿命与断裂韧度K_(IC)的相关性。统计分析结果表明:GCr15钢的额定寿命L10与K_(IC)相关性不显著,但中值寿命L50与K_(IC)之间具有显著的相关性。因此,断裂韧度K_(IC)有可能作为中值寿命L50的一种度量。     

爆炸焊接不锈复合高强钢的断裂韧性

本文研究了SUS304不锈钢和HT80高强钢爆炸焊接复合板的断裂韧性。为了搞清冶金性质及复合结构对断裂韧性的影响。沿着复合板厚度的不同部位,切取均质和非均质试样,进行了夏比V型缺口试验与弯曲COD试验,这些试样的缺口根部或预裂纹前沿平行于板材表面。夏比V型缺口试验中,试样断裂时所消耗的能量与缺口根部的起裂能量,受到缺口根部的材料的影响及试样的净载面中两种不同钢种的厚度比的影响。在预裂纹位于不锈钢侧的非均质试样的静态弯曲试验中,虽然在整个试验温度范围内,预裂纹尖端处发生了塑性断裂,但是在预裂纹扩散之前,在焊接界面附近的高强钢中就发生了断裂。就裂纹起始而论,如果能测量出交界区首先起裂时的临界COD,以及断裂首先出现在预裂纹顶端处时的拉伸区宽度,则这二者分别可以成为一种断裂韧性参数。在预裂纹位于高强钢侧的非均质试样中,在低温下尚未发生塑性断裂的临界COD及在整个温度范围内的伸展区宽度,均可能作为断裂韧性的参量。因为断裂韧性基本上取决于包含预裂纹尖端的材料,即高强钢。     

用紧凑试验评价结构钢脆性裂纹终止韧性

对于SA533BC1,1,HT80和KD32钢进行了如紧凑试验、ESSO试验和DCB试验之类的裂纹终止试验,以评价其裂纹终止韧性值。得到的主要结论如下: 1) 裂纹终止韧性是用对紧凑试验进行静态分析得到的K_(1a)予以评价的。 2) 用紧凑试验进行动态分析所确定的K_(1D)值大于K_(1a),但当K_(1a)/K_Q为1时K_(1D)接近于K_(1ao)K_Q是裂纹起始时的应力强度因子。 3) 由ESSO试验和DCB试验得到的K_(1a)和K_(ca)两者没有显著的差别,但在低温下由DCB试验得到的K_(ca)小于K_(1a)。 4) 在转变温度区,K_(1a)小于K_(1c)而大于K_(1do)在这个温度区,由J_(1c)确定的K_(1c)随温度的升高而降低并且小于K_(1a)。 5) 由2毫米夏比V型缺口冲击试验得到的断口形貌转变温度和吸收能是表示裂纹终止韧性的合理参量,而NDT温度却不是。     

TA5钛合金冲击断裂时的裂纹扩展特征

TA5钛合金板材,经840℃退火处理,加工成10×10×55(mm)的夏比V型缺口试样和预制疲劳裂纹试样,用示波冲击试验方法,求得最大裂纹扩展速率da/dt为9.15m/s;平均速率da/dt为6.44m/s;动态断裂韧性K_(1d)为55.4MPam~1/~2。     

HQ785C钢示波冲击特性的缺口效应研究

采用示波冲击试验方法，研究了ＨＱ７８５Ｃ钢的夏比Ｖ型缺口、线切割缺口和预疲劳裂纹３种类型试样在冲击断裂过程中各部分能量与温度的关系。分析了各部分能量随温度变化的规律。试验结果表明，预疲劳裂纹试样的脆性转变温度比线切割缺口试样和夏比Ｖ型缺口试样分别提高约２０℃和４０℃。     

温度因素对LY-12CS铝合金△K_(th)及da/aN的影响

本文用中心缺口拉伸试样(CCT试样)在空气介质中测试了LY-12CS铝合金从室温到250℃的疲劳门坎值△K_(th),以及200℃三种载荷比(R=0,0.33,0.67)条件下门坎值以上的裂纹扩展速率da/dN。结果表明: (1)在试验的温度范围内,随着温度的升高,门坎值△K_(th)也随着升高; (2)在250℃以下升高温度并不提高裂纹扩展速率da/dN,而是降低了da/dN。在三种载荷比条件卜,△K从7～12kg/mm~(3/2),室温的da/dN是200℃的1～3倍。     

利用da/dN实验数据确定K_(IC)的方法探讨

本文提出了确定K_(IC)的一种数学方法——有理函数渐近法,不做测K_(IC)的实验,而是利用疲劳裂纹扩展速率da/dN第三阶段数据,经过适当处理后用有理函数y=(A+Bx)/(C+Dx)进行固定端点的拟合;再根据此有理函数的渐近线与x轴的交点来确定K_(IC)值。用三种材料的实验数据进行了验证,结果表明,用有理函数渐近法确定K_(IC)的精度较高。     

LY-12CS铝合金在空气和盐水介质中△K_(th)和da/dN规律的研究

本文用中心缺口拉伸试样(CCT试样)测试了LY-12CS铝合金在室温空气和3.5％NaCl水溶液介质中三种载荷比(R=0,R=0.33,R=0.67)条件下的疲劳裂纹扩展门坎值△K_(th)及da/dN,结果表明: (1)在三种载荷比条件下,盐水介质比空气介质明显地降低了△K_(th)而提高了疲劳裂纹扩展速率da/dN。在我们试验的三种载荷比△K=7～15kg/mm~(3/2)范围内,盐水介质的da/dN是空气介质的1.6～3.4倍。 (2)在两种介质中,随着载荷比R(或平均应力)的增加,门坎值△K_(th)下降而da/dN增加。     

用于测量陶瓷断裂韧性的Vickers和Knoop压痕裂纹技术

采用 Vickers 压痕裂纹测量法或 Knoop 压痕～强度法等压痕技术进行了陶瓷的断裂韧性测量。反应烧结 Si_3N_4,热压 Si_3N_4和 SiC 等结构陶瓷用于研究显微结构非均质性和热残余应力对断裂韧性值的影响。人工水晶用于研究晶体学取向和断裂韧性之间的关系。研究发现,Knoop 压痕～强度法比 Vickers 压痕裂纹测量法更适合于非等轴晶系的晶体断裂韧性测量。其原因是 Knoop 压痕的主裂纹和缺口试样的裂纹都沿着同样的晶面扩展,而 Vickers 径向裂纹对却须沿着相互正交的晶面扩展,仅其中的一个晶面与缺口试样的裂纹扩展面一致。在 Vickers 压痕裂纹技术的基础上,用以计算 K_(1c)值不含弹性模量 E 项的 Evans 式(21),似乎能显示出显微结构对 K_(1c)值的影响;含有弹性模量 E 项的 Evans 式(22),似乎能反映出残余热应力对 K_(?)值的影响。所有上述的陶瓷材料,除了反应烧结 Si_3N_4,其压痕和裂纹关系 a~2～C~(3/2)的线性回归相关系数都相当,甚至>0.99。这表明了 Vickers 压痕技术在测定陶瓷的断裂韧性方面具有一定的实用性。     

HY-130钢焊缝金属的断裂韧性

本文用1T紧凑拉伸试验方法研究了HY-130钢焊缝金属和基体金属的断裂韧性。本研究的目的是确定各种焊接程序对熔敷状态HY-130钢焊缝金属断裂韧性之影响,并与轧制的基本金属进行比较。对气体保护金属极电弧焊(GMA)焊缝及气体保护钨极电弧焊(GTA)焊缝进行了机械性能,V型缺口夏比冲击功、硬度及采用计算机交互作用试验程序的J_1c断裂试验以及金相和扫描电镜试验,同时也对轧制的基体金属进行了上述试验。与HY-130钢基体金属相比,用GMAW熔敷的HY-130钢焊缝金属具有较低的裂纹起始能、J_1c值及撕裂抗力T。这主要归因于焊缝中的氧含量较高。用GMAW熔敷的焊缝金属的显微组织对韧性也有影响。与HY-130钢焊缝金属相比,用GTAW熔敷的HY-130钢焊缝金属具有较高的断裂韧性低的GTA焊接线能量所焊制具有最高的断裂抗力。这归因于在这些焊缝的焊制过程中,焊缝的显微组织经受的焊缝的反复再加热、晶粒细化及回火。     

新方法测试金属断裂韧性

由浙江大学力学系教授吴介卿创造的一种测试金属Ⅰ型断裂韧性K_(IC)的新方法,它没有目前广泛使用的美国E-399规范方法的种种缺点。该法经长期试用表明:所用试件数量少、尺寸较小且加工容易,测试误差小,费用省,除了可测试金属常温K_(IC)外,还可测试高温等一些特殊情况下的K_(IC)值。目前正式开始对外接受测试任务,数据可靠,收费低。欢迎各钢     

平面应变断裂韧性试样疲劳裂纹前缘平直度的研究

一、前 言 用平面应变断裂韧性K_(IC)方法评价材料(特别是高强度结构材料)的性能,已越来越广泛地被工程上采用。许多高强度合金钢应用我国的试验规范(航标HB5142—80,冶标YB947—78)测试的K_(IC)数据精度已被材料部门和工程设计部门接受,然而还有相当     

PAS烧结SiC/h-BN复相陶瓷的韧性表征

为探讨等离子活化烧结(PAS)工艺制备的SiC/h-BN复相陶瓷的失效特性,采用三种韧性表征方式(断裂韧性K_(IC)、韧化比、R曲线)研究评判该类复相材料破坏的韧性依据,并对裂纹扩展的显微形貌进行分析与讨论,建立了复相陶瓷失效评价的模型。结果表明:SiC/h-BN复相陶瓷两种试样的K_(IC)都随着h-BN含量的增加而降低;以韧化比(TI)作为韧性指标,发现h-BN含量越多,复相陶瓷的韧性越好;结合R曲线可知,h-BN含量增多,复相陶瓷的R曲线呈陡峭的上升趋势,但却有着较低的裂纹扩展门槛值。由此可知,三种韧性表征结果之间存在着相互矛盾。基于显微形貌分析发现,复相陶瓷中存在的层状h-BN增加了能量耗损,裂纹在扩展过程中发生偏转、分叉和桥联等现象。以K_(IC)作韧性指标更多反映的是裂纹萌生的阻力,韧化比TI更多反映的是裂纹扩展的阻力。基于材料在工程应用中的不同应力状态,应选择合适的韧性参数来表征,才能更直接地指导复相陶瓷的应用及失效评价。     

温度和应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展规律的影响及其机理

针对7475-T761航空铝合金中心开裂(MT)试样进行了不同温度、不同应力比条件下的一系列疲劳裂纹扩展试验,得到了相应试验条件下的疲劳裂纹扩展数据与规律,讨论了应力比、环境温度对疲劳裂纹扩展行为的影响,并利用扫描电镜(SEM)观测分析了疲劳断口。结果表明:7475-T761铝合金疲劳裂纹扩展速率随应力比、温度的增加而增加;消除裂纹闭合效应影响后,相同温度不同应力比下的da/dN-ΔKeff可由同一拟合公式描述;高温时弹性模量和材料抗拉强度的下降以及裂纹表面氧化导致裂纹扩展速率较快;对比不同条件下稳定扩展区疲劳条带宽度验证了试验分析结论。     

在两种中强度铝合金中的初始裂纹扩展

为了检验2024-T351和7005-T6351等两种中强度铝合金J_(1c)的几何相关性,进行了三支点弯曲试验。用氧化着色法显示出载荷一挠度曲线上选定部位处的裂纹增长量。为了便于确定初始裂纹扩展时的J_(1c)值,建立了J-裂纹增长量的阻力曲线。确定了7.6厘米厚的7005铝合金厚板的断裂韧性在全厚度范围内的变化,并使其与断口金相和金相观察建立关系。本文还把从7005铝合金小试样测得的现今风行的J_(1c)值与以前用全厚度线弹性试样测得的特征参数K_(1c)作了比较。     

静态止裂概念评论

平面-应变裂纹终止断裂韧性K_(1a)是采用静态方法进行分析,由小试样予以测定的。为确定这类分析对在裂纹扩展-终止过程结束时的K作出的描述是否适切,已进行了大量研究。本文对这些研究作了评述,而且指出,目前广泛地将K_(1a)认作为材料的一种固有性能是合理的。考察了两类数据。第一类数据是在扩展-终止过程中测定的应变、裂纹速率及K测量值。据发现,在该过程的早期,裂纹速率a很高,而经过这一阶段,试样的行为仅可用动态分析予以描述。随着a的降低及裂纹自然终止,用静态分析便足以描述试样行为。(采用焦散线法对金属试样和环氧树脂试样显示大的裂纹跃进进行的测量可作为对此的解释)。应变和K值波动(一般幅度很小)持续进行到终止之时及终止后某一段时间,使得在确定K_(1a)时有某种程度的不确定性。为确定这种不确定性是否能在测定K_(1a)中造成明显的误差,对不同试验条件下进行的测量作了比较,发现K_(1a)与测量的方式无关,而且,在采用静态分析中的不确定性远小于材料的散布度。有人认为,在试样弹性区段所见的波动不通过塑性区传递到裂纹顶端的这一事实可能是静态计算的K_(1a)恒定不变的原因。本文还讨论了对动态分析中的阻尼进行适当处理的重要性。     

圆弧形单向纤维增强树脂复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性测试及分析

层合板的Ⅰ型层间断裂韧性的测量方法通常为单向纤维增强树脂复合材料的末端切口(End notched flexure, ENF)试样的双悬臂梁(Double cantilever beam, DCB)试验。为了得到带有弧度的层合复合材料结构的Ⅰ型层间断裂韧性,对圆弧形末端切口(Arc-ENF)试样进行DCB试验。基于梁的弯曲理论和Irwin-Kies公式得到Arc-ENF试样的柔度公式与Ⅰ型临界能量释放率G_(IC)公式,并且利用ABAQUS软件对DCB试验进行数值模拟。最终,通过对比分析理论公式计算结果、数值模拟结果和DCB试验结果来验证柔度公式和G_(IC)公式的合理性和有效性,对带有任意弧度的DCB试样的Ⅰ型层间断裂韧性的测试与分析具有参考价值。     

供平面应变裂纹终止韧性试验用的一种紧凑试样

本文介绍了一种用紧凑型试样测量平面应变裂纹终止韧性K_(Ia)的试验方法。该方法比起过去使用的方法有许多优点。启裂不采用疲劳裂纹,而采用带机加工缺口的脆性焊缝,这就降低了试验费用。一个由尖劈和轴衬组成的刚性好的加载系统,同采用销钉加载的双悬臂梁试样相比,便于得到高得多的启裂与终止韧性比值。采用适度尺寸的试样,用大的启裂值,可测得较高的K_(Ia)值。