断裂韧性KIC的测定
如何测试材料断裂韧性
方法比较：IM法比SENB法简便经济，但 测得的数据不如SENB法可靠； SENB法 是普遍公认的标准测试方法；为了实际 方
8
便，要对IM法测试公式修正，使结果更 接近SENB法。
9
万能材料试验机试验力传感器 Байду номын сангаас绍
10
zso123
变现为负差。 误差解决办法 1、首先检查试验机安装是否水平，
16
告诉客户这种试样只能采用缠绕式夹持 方法,但试样延伸率误差大)。万能材料 试验机测试结果有时会出现误差，这种 误差的出现对大负
17
荷测量的影响相对较小，但是对小负荷 测量的影响是很大的。如何解决万能材 料试验机测试结果误差呢？
误差分析：可能有两个
18
方面的原因。一是主机部分，二是试验 力传感器部分。
对主机用框式水平尺在工作油缸(或立柱) 外圈相互垂
11
直的两个方向找平。 2、对试验力传感器在摆杆正面调整
试验力传感器前后水平，将摆杆边缘与 内侧刻线对齐固定，用水平尺靠
12
在摆杆侧面调整机体左右水平。 万能材料试验机夹具的选择 1、根据主机最大试验力选择主要夹
具。万能材料试验机夹
13
具所能承受的最大力必须大于等于主机 的最大试验力。
如何测试材料断裂韧性
1
zso123
标。在加载速度和温度一定的条件下， 对某种材料而言它是一个常数。当裂纹 尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大， 其裂纹失稳扩展所需
2
的临界应力就愈大；当给定外力时，若 材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失 稳扩展时的临界尺寸就愈大。预先在电 子拉力试验机测试试
3
样表面先抛光成镜面，在显微硬度仪上， 以10Kg负载在抛光表面用硬度计的锥形 金刚石压头产生一压痕，这样在压痕的 四个顶点就产
平面应变断裂韧度KIC.
平面应变断裂韧度K IC 的测定“工程力学”指出，材料对本身的裂纹或类裂纹缺陷的存在十分敏感，裂纹失稳扩展是脆性断裂的主要原因。
控制断裂的三个主要因素是裂纹的形状和尺寸、工作应力和材料抵抗裂纹扩展的能力（材料的断裂韧度）。
前二者是作用，为断裂的发生提供条件；在“线弹性断裂力学”中，用裂纹尖端的应力强度因子K 来描述，且()a w a f K πσ ,=上式的适用条件为裂纹尺寸a ≥2.52⎪⎪⎭⎫⎝⎛ys IC K σ，即在线弹性或小范围屈服条件下才成立。
后者是抗力，阻止断裂的发生；在一定条件下（满足平面应变条件）是一材料常数，称为材料的平面应变断裂韧度，记作K IC ，可由实验测定。
一、实验目的测定材料的平面应变断裂韧度K IC二、实验设备和仪器1．力传感器、双悬臂夹式引伸计。
2．三点弯曲试验装置。
3．材料试验机。
4．高频疲劳试验机。
5．精密量具（游标卡尺和读数显微镜等）。
三、实验原理含有I 型(张开型)裂纹试样，其应力强度因子一般可表达为：式中：() ,w a f 是试样的几何形状因子，在试样形状、尺寸和加载方式为一定的条件下是一常数。
随着外载荷F 的增加，K I 随之增加。
然而K I 的增加不是无限的，这种增加受到材料性能的限制，即当K I 增加到某一临界值时，裂纹就会失稳扩展引起材料脆断。
这个临界值代表材料抗脆断的能力，也就是材料的断裂韧度。
所以在测试时，只要在试样的加载过程中，测出裂纹失稳扩展时的临界载荷F q 和试样裂纹尺寸a ，就可以求出试样材料的临界应力强度因子(),(81)I K f a w aσπ=-K q 。
如果试样尺寸满足平面应变和小范围屈服条件，则此时的临界应力强度因子即为该材料的平面应变断裂韧度K IC 。
四、实验方法采用带穿透裂纹的试样测定金属材料平面应变断裂韧度是目前断裂力学测试技术中发展较完善的一种方法。
1．K I 标定公式对于三点弯曲试样，应力强度因子K I 的表达式为：I 3/2(/)FSK f a w BW=（8-2） 式中：S 、B 、W 及a 分别为试样的跨度、厚度、宽度，以及试样的裂纹尺寸；F 为作用于试样中点的集中力。
断裂韧性KIC测试试验
实验五断裂韧性K测试试验IC一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σ和K的参考值CyⅠ本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为40Cr，其热处理工艺如下：①热处理工艺：860℃保温1h，油淬；220℃回火，保温0.5~1h；②缺口加疲劳裂纹总长：9~11mm（疲劳裂纹2~3.5mm）③不导角，保留尖角。
样品实测HRC50，从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：-3/2。
m ψ=34%，K=42MN·，σ=σ=1650MPa，σ=1850MPaδ=9%，CyⅠ0.2b5二、试样的形状及尺寸国家标准GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度K试验方法》中规定了两种测CⅠ试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B））和紧凑拉伸试样（代号C(T)）。
这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。
本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B））。
试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示：为了达到平面应变条件，试样厚度B必须满足下式：2 y)/σB≧2.5(K CⅠ2 σy)≧a2.5(K/CⅠ2 σy)W-a）≧2.5(K/（CⅠ式中：σ—屈服强度σ或σ。
y0.2s因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的K和σ值，再根据上式确定试样yCⅠ的最小厚度B。
若材料的K值无法估计，则可根据σ/E的值来确定B的大小，然后再确yCⅠ定试样的其他尺寸。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样毛坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。
试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削，随后开缺口和预制裂纹。
试样上的缺口一般在钼丝电切割机床上进行切割。
为了使引发的裂纹平直，缺口应尽可能地尖锐。
开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不小于2.5%W，且不小于1.5mm。
a/W值应控制在0.45~0.55范围内。
本试样采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），其尺寸：宽W=19.92mm，厚B=10.20mm总长100.03mm。
平面应变断裂韧度kⅠc的测定
如下图，用来固定夹式引伸计
• 刀口安装部位示意图
• 引伸计示意图
1.将试样放于试验机的支承座上，把引伸计装在两片刀 口之中。
精品资料
将试样(shì yànɡ)放于试验机的支承座上，把引伸计装在两片刀口之中。
精品资料
• 调整试样放置的位置，使得试验机的上压头中心正好在试样的裂纹延长线上……。 • 打开测试软件及试验机开始实验，对试样施加弯曲载荷直到(zhídào)试样断裂。 • 取下试样和引伸计。 • 用读数显微测量试样断口处的平均裂纹长度a， • a=（a2+a3+a4）/3
精品资料
三、基本概念和测试(cèshì)原理
• 根据线弹性断裂力学的分析，裂纹发生失稳扩展而导致裂纹体脆断的判据是：
•
KⅠ=KⅠc
•
式中KⅠ为Ⅰ型裂纹应力场强度因子，它表征裂纹尖端附近应力场的强度，
在线弹性条件下，其一般表达式为 ：
• 式中：Y是和裂纹形状因子，是k与试y样类a型和加负荷方式等有关的量，也称几
• 试样类型：三点弯曲(wānqū)试样、S=4W、W=2B、a=（0.45～0.55）W
•
裂纹长度a：机械裂纹a0+疲劳裂纹af
精品资料
五、实验(shíyàn)仪器设备和装置
高频疲劳(píláo)试验机、材料试验机、夹式引 伸计（COD规）、游标卡尺、读数显微镜等。
精品资料
精品资料
六、实验(shíyàn)步骤
精品资料
用95%斜率割线(gēxiàn)法，求PQ 。 计算KQ：
KQ
PQS
3
f
BW 2
(a) w
平面应变断裂韧性KIC的测定
平面应变断裂韧性的测定陈国滔材科095 40930366一、实验目的1.理解平面应变断裂韧性的应用及限制条件；测试的基本方法，基本操作及操作要点；2.了解平面应变断裂韧度KIC3.通过三点弯曲试验测量40Cr的平面应变断裂韧度。
二、试验原理1.材料断裂原理含有缺陷的构件可能在远低于材料屈服强度的工作应力下断裂, 只要这些缺陷达到某种临界尺寸。
即使有些构件, 起初的缺陷尺寸没有达到某种临界尺寸, 但由于工作于某种疲劳载荷下, 或某种腐蚀介质里, 或某种限度的低温状态下, 起初的缺陷尺寸将会增大,即裂纹发生亚临界的稳定扩展, 直至达到某种临界尺寸而突然发生不稳定的脆断。
断裂条件是：式中， 为正应力，2a为试样或者构建中的裂纹长度。
2.材料的平面应变断裂韧性根据线弹性断裂力学，断裂的判据是裂纹前沿应力强度因子K达到其临界值——材料的平面应变断裂韧度，即：K=Y≥是材料抵抗裂纹扩展能力的式中Y是裂纹的形状因子。
平面应变断裂韧度KIC特征参量，它与裂纹的尺寸及承受的应力无关。
平面应变断裂韧性，可以用于：①评价材料是否适用，作为验收和产品质量控制的标准。
②材料的断裂韧度受到冶金因素(成分、热处理)的制造工艺(如焊接、成形)影响。
可对构件的断裂安全性进行评价。
三、实验仪器及材料1.实验仪器①WDW-200D微机控制电子式万能材料试验机（拉伸力准确度优于示值的0.5%）②游标卡尺（精度0.02mm）③双悬臂夹式引伸计（原长10.00mm）④工具显微镜15JE（精度0.001mm）2.实验材料本试验采用经过860℃淬火、220℃回火处理的40Cr钢，屈服强度σs=1400MPa。
3.实验试样SE(B)三点弯曲试样：4. 试样中裂纹的制备要求测定裂纹失稳扩展时的裂纹应力强度因子的临界值，要求裂纹尖端具有足够高的应力集中效应，否则，易于造成试验因为应力——位移曲线不符合要求而得不到预定结果。
为此，试样中裂纹的制备由两道工序完成。
断裂韧性KIC的测定
实验报告六千分尺一把；试样示意图：图一：弯曲和紧凑拉伸试样04 28329.852 28329.852数据处理及有效性判定： 一、 20#钢退火态 1：402号试样厚度B （mm ）=12.00mm ；宽度W （mm ）=25.00mm ；跨距S=100.00mm ；a=2.751mm ；P Q =14500 N 当S/W ＝4时，=0.866计算K Q=837.13根据Q K 有效性的判据：（1）P max P Q=1.346>1.10；（2）2.5 (KQ σy)^2=12.80>12.00402号试样的断裂韧性实验是无效的，需加厚试样尺寸再进行实验。
2：404号试样厚度B （mm ）=12.00mm ；宽度W （mm ）=25.00mm ；跨距S=100.00mm a=3.536mm ；P Q =10500N 当S/W ＝4时，=0.988计算K Q=691.6根据Q K 有效性的判据：（1）P max P Q=1.3000>1.100（2）2.5 (K Q σy)^2=8.73<12.00404样的断裂韧性实验是无效的，需加厚试样尺寸再进行实验。
二、40Cr800℃+100℃回火试样 1：01号试样厚度B （mm ）=12.50mm ；宽度W （mm ）=25.00mm ；跨距S=100.00mm a=4.026mm ；P Q =21678.081 当S/W ＝4时，=1.052计算K Q=1459.51根据Q K 有效性的判据：（1）P max P Q=1.000<1.110（2）2.5 (K Q σy)^2=3.476<12.5001号试样断裂韧性实验有效。
2：04号试样厚度B （mm ）=12.50mm ；宽度W （mm ）=25.00mm ；跨距S=100.00mm a=5.243mm ；P Q 28329.852N 。
当S/W ＝4时，=1.907计算K Q=3571.83根据Q K 有效性的判据：（1）P max P Q=1<1.10（2）2.5 (KQ σy)^2=8.504<12.50 04试样断裂韧性实验有效。
北科大平面应变断裂韧性KIC的测定
平面应变断裂韧性K IC 的测定一、实验目的1、学习金属平面应变断裂韧度的试样制备，断口测量和数据处理。
2、掌握金属平面应变断裂韧度K 1C 的测定方法。
二、实验原理本实验按照国家标准GB 4161-84规定进行。
断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展能力的一种量度，在线弹性断裂力学中，材料发生脆性断裂的判据为：K1≤K1C ，式中K1为应力场强度因子，它表征裂纹尖端附近的应力场的强度，其大小决定于构件的几何条件、外加载荷的大小、分布等。
K1C 是在平面应变条件下，材料中I 型裂纹产生失稳扩展的应力强度因子的临界值，即材料平面应变断裂韧度。
裂纹稳定扩展时，K1和外力P 、裂纹长度a 、试件尺寸有关；当P 和a 达到Pc 和ac 时，裂纹开始失稳扩展。
此时材料处于临界状态，即K1=K1C 。
K1C 与外力、试件类型及尺寸无关（但与工作温度和变形速率有关）。
（一）、应力强度因子K q 的表达式对三点弯曲试件来说式中：S 为试件跨度，B 为试件厚度，W 为试件高度，a 为试件裂纹长度。
试件B 、W 和S 间比为B ：W ：S=1 : 2: 8,见图示 ：修正系数f/（a/w ）为a/w 的函数，可查表，a/w 在0.45-0.55之间。
（二）、试样尺寸要求及试样准备a 、平面应变条件对厚度的要求当试件的厚度足够时，在厚度方向上的平面应力层所占比重很小，裂纹顶端的广大区域处于平面应变状态。
这时整个试样近似地均处在平面应变条件下，从而才能测得一稳定的K1C 值。
对试件厚度要求推荐为：)/(5.21s C K B σ≥弯曲试样的f(a/w)b 、小范围屈服条件对裂纹长度的要求对常用三点弯曲试样，因裂纹顶端存在或大或小的塑性区，塑性区半径ry 不能无限地接近零。
K1近似可成立的r 值是裂纹顶端塑性区与广大弹性区交界的界面处。
对三点弯曲要求：21)/(5.250s C y K r a σ≈≥c 、韧带尺寸要求韧带尺寸也称韧带宽度（W-a ），对应力强度因子K 数值有大影响，如韧带宽度过小，背表面对裂纹塑性变形将失去约束作用，在加载过程中试样整个韧带屈服，裂纹试样不再近似地认为弹性体，这时线弹性理论的分析方法也就不适用。
(完整版)断裂韧性KIC测试试验
实验五断裂韧性K IC测试试验一、试样的材料、热处理工艺及该种钢材的σy和KⅠC的参考值本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），材料为40Cr，其热处理工艺如下：①热处理工艺：860℃保温1h，油淬；220℃回火，保温0.5~1h；②缺口加疲劳裂纹总长：9~11mm（疲劳裂纹2~3.5mm）③不导角，保留尖角。
样品实测HRC50，从机械手册中关于40Cr 的热处理实验数据曲线上查得：σy=σ0.2=1650MPa，σb=1850MPa，δ5=9%，ψ=34%，KⅠC=42MN·m-3/2。
二、试样的形状及尺寸国家标准GB/T 4161-1984《金属材料平面应变断裂韧度KⅠC试验方法》中规定了两种测试断裂韧性的标准试样：标准三点弯曲试样（代号SE（B））和紧凑拉伸试样（代号C(T)）。
这两种试样的裂纹扩展方式都是Ⅰ型的。
本实验采用标准三点弯曲试样（代号SE（B））。
试样的形状及各尺寸之间的关系如图所示：为了达到平面应变条件，试样厚度B必须满足下式：B≧2.5(KⅠC/σy)2a≧2.5(KⅠC/σy)2（W-a）≧2.5(KⅠC/σy)2式中：σy—屈服强度σ0.2或σs。
因此，在确定试样尺寸时，要预先估计所测材料的KⅠC和σy值，再根据上式确定试样的最小厚度B。
若材料的KⅠC值无法估计，则可根据σy/E的值来确定B的大小，然后再确定试样的其他尺寸。
试样可从机件实物上切去，或锻、铸试样毛坯。
在轧制钢材取样时，应注明裂纹面取向和裂纹扩展方向。
试样毛坯粗加工后，进行热处理和磨削，随后开缺口和预制裂纹。
试样上的缺口一般在钼丝电切割机床上进行切割。
为了使引发的裂纹平直，缺口应尽可能地尖锐。
开好缺口的试样，在高频疲劳试验机上预制裂纹。
疲劳裂纹长度应不小于2.5%W，且不小于1.5mm。
a/W值应控制在0.45~0.55范围内。
本试样采用标准三点弯曲试样（代号SE（B）），其尺寸：宽W=19.92mm，厚B=10.20mm 总长100.03mm。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料力学性能实验报告
姓名：刘玲班级：材料91 学号：09021004 成绩：
的测定
实验名称断裂韧性K
IC
实验目的了解金属材料平面应变断裂韧性测试的一般原理和方法
实验设备 1.万能材料试验机一台（型号CSS-88100)
2.位移传感器及自动记录装置
3.游标卡尺一把
4.显微测试仪一台
5.三点弯曲试样四个
试样示意图
试样宏观断口示意图（韧断，脆断）
图1 20钢脆断
图2 40铬韧性断口
实验记录及Q P 的确定
表1 裂纹长度a
1a /mm 2a /mm 3a /mm 4a /mm 5a /mm
a /mm 03 2.478 5.0085 5.5680 5.2430 3.1925 5.2432 09 2.757 3.9505 4.134 3.992 3.1790 4.0255 403 2.800 3.4065 3.7085 3.4915 2.9185 3.5355 407
1.986
2.6595
2.9970
2.5970
16810
2.7512
表2 试样各数据
试样编号 试样材料 屈服强度(MPa)
高度W(mm) 宽度B(mm)
03 40Cr800℃+ 100℃回火 1050 25.00 12.50 09 25.00
12.50 403 20#钢退火态
370 25.00 12.00 407
25.00
12.00
表3 各试样实验测得的Q P 值及max P
试样编号
Q P (N) max P (N)
03 13270.126 13270.126 09 26650.307
26650.307
403 407
14523.800
16479.500
试验结果及有效性判定
1.对于40Cr800℃+100℃回火 03试样
1）厚度B=12.50mm; 宽度W=25.00mm; 跨距S=100.00mm a =5.2432mm ；
Q
P =28329.852N
当S/W ＝4时，
= 1.907
则
=1619.59
2）KQ 的有效性判定 （1）
max P /Q
P =1.000
（2）2Y
)(
5.2δQ
K = 5.948
对于09试样
= 1.052
则
=1794.31
2）KQ 的有效性判定 （1）
max P /Q
P =1.000
（2）2Y
)(5.2δQ
K = 7.30
2.20#钢退火态试样 对于403试样 当S/W ＝4时，
= 0.8494
则
=692.45
2）KQ 的有效性判定 （1）
max P /Q
P =1.269
（2）2Y
)(
5.2δQ
K = 12.50
对于407试样
当S/W ＝4时，
= 0.8814
则
=853.42
2）KQ 的有效性判定 （1）
max P /Q
P =1.13
（2）2Y
)(
5.2δQ
K = 13.30
根据Q
K 有效性的判据：（1）max / 1.10
Q P P ≤；（2）
2
2.5(K /)Q S B σ≥。
在根据以上得
到的数据对Q K 的有效性进行判定，可以看到：
40Cr 的两个试样都满足以上两个判据，而20#钢试样都不满足以上判据。
从而说明40Cr
的两个试样的断裂韧性实验是有效的，而20#钢试样的断裂韧性试验是无效的，需要加厚试样尺寸再进行试验
思考题：
1.对金属材料平面应变断裂韧性K IC的了解和认识。
答：平面应变断裂韧性K IC是材料在平面应变条件下，裂纹以张开型方式扩展的应力强度因子K I的临界值。
它表征了材料抵抗裂纹突然扩张的阻力，及材料抵抗脆性破坏的能力。
2.讨论试样尺寸选择是否合适。
不合适的原因是什么？由此进一步理解什么是平面应力？什么是平面应变？为什么平面应变情况最容易脆断？
答：平面应力是指板材较薄，在厚度方向可以自由变形，三向应变、两向应力的应力状态；平面应变是指板材较很厚，在厚度方向变形受到约束，三向应力、两向应变的应力状态；因为平面应变状态的断裂韧性最低，故其容易脆断。
指导教师：陈黄浦、余钊辉
年月日。