用表面裂纹法测中强钢板材断裂韧性K_(IE)和K_(IC)的探索

用表面裂纹法在室温下研究了三种厚度(10、8和5mm)、三种宽度(110、80和56mm)的30CrMnSiA板材的断裂韧性。用最大载荷P_(max)计算断裂韧性、不易得到板材的K_(IE)值。如选用相对有效裂纹扩展△α/α_0=10%和5%确定的“条件载荷”P_(10)和P_5计算,在P_(max)/P_(10)≤1.2和P_(max)/P_5≤1.3条件下,可以得到K_(IE)和K_(IC)值。作K_R-△α曲线,即是以K描述的阻力曲线。规定裂纹真正扩展△α=2%α_0和7%α_0,相应的阻力各为K_(IC)和K_(IE)。它们与用“条件载荷”计算的K_(IC)和K_(IE)符合得很好。K_(IC)还和J积分换算的K_(IC)值吻合,K_(IE)还和用P_(max)计算的有效K_(IE)值吻合。K_(IC)和K_(IE)存在着近似的关系,为: K_(IC)=(0.85～0.90)K_(IE) 对试件尺寸要求: 板厚,B≥1.0(K_(IE)/σ_(0.2))~2[或1.25(K_(IC)/σ_(0.2))~2] 板宽,8≤W/B≤10,4≤W/2c≤5 有效长度,l≥2W     

低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术

根据低温环境下对石油天然气设备及机器中常用的几种金属材料的实验研究结果编制的一项规范,用于油田低温断裂工程进行安全分析.用裂纹小试样,按本《测试技术》测定金属材料低温延性断裂韧度J_(IC)值,以及换算成低温K_(IC)值,此外,矿山、铁路、桥梁等露天作业的机械设备,在冬季作业时,对可能发生的低温断裂进行分析,也可参考使用。     

35CrMnSiA钢表面裂纹断裂韧性值K_(1E)的测试与研究

本文利用最大载荷法对35CrMnSiA钢表面裂纹断裂韧性值K_(1E)进行了测试与研究,讨论了不同热处理状态,不同裂纹深度对K_(1E)值的影响规律。结果表明,最大载荷法适用于回火温度低于550℃的表面裂纹拉伸试样;油淬35CrMaSiA钢在250℃和450℃回火时,其K_(1E)值可分别出现峰值,但经450℃回火的临界裂纹尺寸明显高于250℃回火相应值。     

GCr15钢疲劳断裂的研究

本文对电炉熔炼的GCr15钢和真空脱气GCr15钢的断裂韧性K_(IC)和裂纹扩展速率da/dN进行了测试研究,建立相应的Paris公式,寻求K_(IC)及da/dN与接触疲劳寿命之间的关系。并在扫描电镜观察的基础上,探讨了此类材料疲劳裂纹扩展及疲劳断裂的机制,     

用扫描电子显微镜测定40C_r 钢的断裂韧性

本文对40C_r 的断裂韧性试样断口进行了扫描电子显微镜观察分析.结果表明:断裂韧性试样预制疲劳裂纹区之后有一个较平坦的延伸区,延伸区后就接着是有一定宽度的韧窝区,它们的出现与否及宽窄程度与材料的断裂韧性 K_(IC)值有密切关系.延伸区宽度 W 越大,材料 K_(IC)值越高.W 与裂纹尖端张开位移量2V_C 成正比,关系为:W≈1/2(2V_c),从而使 K_(IC)~2=2Eσ_s(2V_c)≈4Eσ_sW,则只要在电镜下测出延伸区的宽度 W 就可得到40C_r 材料的断裂韧性值,该值同其它测试方法所得的结果相比较为接近,所以可把电镜法作为估算材料的断裂韧性的一种途径.     

K_(IC)测试中试件最小厚度的新判据

本文通过量纲理论和数值分析,推导出一个关于在测试平面应变K_(IC)时试件最小厚度B的新判据——B≥1880(K_I)_C~2/E~(4I3)(σ_Y)~(2I3)。新判据与美国材料试验学会(ASTM)给出的判据B≥2.5(K_(IC)/σ_r)~2及 J.C.Ritter给出判据B≥400(K_I)_C~2/Eσ_r均出自同一组试验数据。通过三者之间的比较可强度钢来说,新厚应判据比另外二以得出结论:对于高强度钢和超高判据更合适些。     

剪切边宽度S和试件厚度B的理论分析

试件厚度B是断裂力学研究中的一个重要参数。北京钢铁研究总院已故著名断裂力学学者陈篪同志等在大量实验的基础上,总结并提出了在测试金属材料平面应变断裂韧性K_(1c)中,满足平面应变条件的试件厚度B的标准应为: B≥6 S其中S为剪切边宽度。本文通过对小范围屈服条件下裂纹前缘塑性区的计算,根据平面应力和平面应变两种状态下裂纹扩展能量率G_1的比值,从能量的观点推导了满足平面应变条件的试件厚度B与剪切边宽度S的关系为: B≥4.32 S 这一结果与实验的总结基本吻合。这样,就从理论上说明了B依赖于S的关系要比B≥2.5(K_(1C)/σ_S)~2更具有科学性,它将有益于工作的的K_(1C)测试和实验研究。     

《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》J=J_(IC)的工程应用

简要说明了断裂力学在工程中,特别是在石油工业中应用的重要性。主要通过3个实际工程例子,详细体现了《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》 J=J_(IC)的应用。     

延性金属高温K_(IC)的实验研究

文献[1]介绍了测定延性金属K_(IC)的简易方法,本文将同样的方法用于延性金属高温K_(IC)的测定。我们测得三种钢材(即45钢、15钢40Cr)从室温到高温不同的|K_(IC)值,并得出相应的|K_(IC)-T曲线。从这些曲线可见,K_(IC)值一般随温度的增加而降低。     

过滤净化对铝合金断裂韧性的影响

取过滤的与未过滤的LD_5铝合金试样进行平面应变断裂韧性测试和断口扫描电镜分析。据此分析了金属夹杂物对铝合金断裂韧性的影响,并进行了定量讨论。结果表明,过滤净化可显著改善铝合金断裂韧性,在本实验条件下,使该台金的K_(1c)值提高12.7%。铝合金的断裂韧性与非金属夹杂物含量密切相关,对实验数据的回归分析袁明,该合金的K_(1c)与夹杂物的平均间距(?)的0.44次方成正比,符合理论上的推导。     

HF碾压混凝土断裂韧性的初步探讨

本文采用三点弯曲约定的试验条件,进行高粉煤灰掺量碾压混凝土的断裂韧性试验,试验研究表明,在原材料及试验条件都相同的条件下,水胶比是影响K_(1c)的重要因素。本文引用了徐华荣高级工程师对常态混凝土断裂韧性的试验成果,并与高粉煤灰掺量碾压混凝土的K_(1c)进行对比,结果表明,在抗压强度相同的条件下,高粉煤灰掺量碾压混凝土的K_(1c)比常态混凝土K_(1c)略大,并作了微观结构分析。     

高强度钢材Q460C断裂韧性低温试验

研究了高强度结构钢材低温下的断裂韧性特征。对厚度为14mm的Q460C建筑钢材进行了裂纹尖端张开位移δm低温下的试验研究,并进行了试件断口电镜微观分析。结果表明-40℃下的Q460C三点弯曲试件断口呈明显的脆性断裂机制。Q460C钢材的δm值随温度降低呈下降趋势,与Q235、Q345、Q390钢材低温下的δm值比较,Q460C的值最低,即断裂韧性相对较差。同时,还对试验结果进行了Boltzmann函数拟合分析,得到其韧脆转变温度及变化规律。结果表明:Q460C高强度建筑钢材的低温冷脆特征明显。     

多次冲击法测定金属断裂韧性的研究

多次冲击条件下裂纹尖端应力强度因子为 K_1=(WE/BW)~~(1/2)F(a/W),并用柔度法对公式进行了实验标定。用这种方法只需从试样断口上测出临界裂纹尺寸,便可从有关曲线上查得材料的断裂韧性,把断裂韧性的测试设备及测试技术大大地简化。所测得的结果相当于加载速率为10~5kg/mm~(3/2)/秒下的动态断裂韧性。对所用小试样测得数据有效性进行了分析,并指出临界裂纹在 a/W 0.36～0.6范围内,所测得的断裂韧性值有效。     

《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》J=J_(IC)的理论基础

论述了J_(IC)测试技术的理论基础,主要概括了三点:1、在定常裂纹中,当HRR场大到足够包围断裂过程区时,J积分就是断裂参量,其临界值J_(IC)就是材料的一种断裂韧度;2、在扩展裂纹中,只要满足J控制裂纹扩展条件,J积分仍然是断裂参量,J_R曲线就表示材料的一种性能,而J_(IC)就是J_R曲线上的一个点;3、根据上述二点,利用J_R曲线就可以测定材料的断裂韧度J_(IC),而且J_(IC)可以是J_R曲线上的条件值。     

K_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)纳米粉体的复合聚合法制备及表征

为了探究烧结温度与柠檬酸添加量对K_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)(KBT)陶瓷结构及性能的影响,文中采用复合聚合法制备K_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)(KBT)纳米粉体,对KBT纳米粉体进行了X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及会聚束电子衍射(CBED)等测试,以观察分析其形貌和结构;采用热重及热同步分析仪(TGA)以微商热重法(DTG)对凝胶的组分和热稳定性进行了分析.结果表明:在500℃以下时可通过复合聚合法制备纯的KBT纳米粉体,温度超过600℃时则会检测出第二相(Bi_2O_3);增大柠檬酸的添加量或提高烧结温度,都会增大KBT粉体的晶粒尺寸及其各向异性.     

冲击载荷下复合材料层板断裂韧性的实验研究

利用Hopkinson杆加载装置,对带有单边切口的CFRP、GFRP层板试件进行冲击拉伸加载实验。根据一维应力波理论求得作用于试件上的载荷P(t)和试件加载点的位移δ(t)。根据试样中应力随时间的变化历史σ(t),再结合断裂韧性测试原理,建立动态应力强度因子KI(t)响应曲线。利用柔度变化率方法确定起裂时间,分别得到在2种加载速率下CFRP、GFRP层板的动态断裂韧性。     

热处理对35Cr3Mo3W2V钢的断裂韧性的影响

将35Cr3Mo3W2V(简称HM1)钢的淬火温度自1030℃提高到1150℃,使钢的冲击韧性明显下降,但平面应变断裂韧性略有升高。在硬度及平面应变断裂韧性之间存在近似直线关系。K_(1c)值随HRC 值下降而增大。压力机锻压凹模在破断前的工作寿命与模具钢的平面应变断裂韧性有关与冲击韧性关系不大。与3Cr2W8V 钢相比,HM1钢具有大致相同的断裂韧性但具有较高的淬硬性、回火抗力及热疲劳抗力。     

Ta掺杂对BaCe_(0.8)In_(0.1)Y_(0.1)O_(3-δ)电解质材料性能的影响

采用柠檬酸盐燃烧法和固相反应相结合的方法制备BaCe_(0.8)In_(0.1)Y_(0.1)O_(3-δ)(BCIY)和掺杂Ta的BaCe_(0.7)Ta_(0.1)In_(0.1)Y_(0.1)O_(3-δ)(BCTIY)电解质粉体,在200 MPa压力下干压成型后在不同温度下烧结成电解质片,并使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学工作站分别对样品的物相、微观结构和电导率进行了表征.XRD结果显示,1 000℃煅烧5 h的BCIY和BCTIY均表现出单一的钙钛矿相.收缩率和SEM结果显示,BCIY在1 250℃下就可以烧结致密,掺杂Ta的BCTIY在1 350℃下也可以烧结致密.在空气和湿润的H_2气氛下BCTIY的电导率比BCIY的略有降低.在CO_2和沸水环境下,BCTIY比BCIY明显表现出较好的化学稳定性.研究结果表明:BCTIY有望成为中低温固体氧化物燃料电池稳定的电解质材料.     

《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技术》编制说明

详细说明了编制《低温延性断裂韧度J_(IC)测试技木》的背景,以及实验的和理论的根据。     

单试件测J_(IC)的实用计算公式

在本文的开始部分,叙述了采用简化双试件法来计算 J_(Ic),以代替求 J_(Ic)精确值的多试件法。由于两个 J_(Ic)值相差微小,作者就根据双试件法而导出只需单个试件的实用公式 J_(Ic)=1.2U/B(W-1.2a)。对于低、中强度钢,由此式得到的J_(Ic)其误差最大为20%,换算后得到的 K_(Ic)。值误差小于10%,这就满足了实际工程需要。事实上,如果谨慎测得式中有关各量,J_(Ic)的误差常不超过10%,因而可得到更好的 K_(Ic)结果。本文所导出的公式,形式简单,精度高,数据分散性小,因此可推荐作为 J_(Ic)的实用计算公式,以替代通常应用的公式J_(Ic)=2U/B(w-a)°。