测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率的试样及试验方法技术

一种测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率的试样及试验方法，在其试样远离裂纹扩展面的上侧采用整体设计的方法设置有电子引伸计的装卡刀口；根据试验机控制系统采集到的大量的试验数据，求解出所设计试样的柔度系数，建立归一化裂纹长度和柔度系数之间的函数关系，实现在腐蚀液中进行疲劳裂纹扩展速率（ｄａ／ｄＮ）试验时裂纹长度的检测自动化，据此所建立的试验方法，为该类试验的顺利进行提供了保证。与目前国内大多单位在腐蚀液中测量疲劳裂纹扩展速率（ｄａ／ｄＮ）用目测法检测裂纹长度相比，明显提高了测量裂纹长度的精度，同时也大大降低了劳动强度。利用试验结果，能够更准确地对服役在腐蚀介质中的船舶进行安全设计和寿命评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料腐蚀试验测试方法
，一种。
技术介绍
目前在我国的GB/T6398-2000(金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法)中规定的标准紧凑拉伸C(T)试样的引伸计装卡刀口在关于裂纹扩展面对称的两侧，在腐蚀液中进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验时，疲劳裂纹长度用柔度法测量的情形只限于在卧式疲劳试验机上进行；如果在立式疲劳试验机上进行这种试验，价格昂贵的引伸计(进口的约5000美金，国产的也要上千元人民币)往往会因受到腐蚀液的侵蚀而降低其线性度、灵敏度或彻底损坏；而国内绝大多数疲劳试验机都是立式的，因此，在腐蚀液中进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验时，用柔度法测量疲劳裂纹长度几乎是不可能的。鉴于这种情况，国内大多数单位进行这类试验时，一般不用引伸计通过柔度技术测量疲劳裂纹长度，而是借助光学显微镜用目测法来观察裂纹的扩展情况。但是，金属材料的疲劳裂纹往往比较细，尤其是铜合金、钛合金等材料的疲劳裂纹，在空气中已经很不容易观察清楚，并且由于腐蚀液常常会因为悬浮其中的金属材料试样的腐蚀产物而变得混浊不清，这使得用目测法观察疲劳裂纹长度更为困难，因此很难保证目测法观察疲劳裂纹长度的精度，劳动强度也很大。目前，国内涉及在试验测试领域测量疲劳裂纹长度的文献很少，特别是对柔度技术的研究和利用柔度技术进行腐蚀环境下裂纹长度自动检测方面的研究尚未见到。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提供一种，这种试样可以使价格昂贵的电子引伸计远离腐蚀液面，避免因受到腐蚀液侵蚀而损坏，最终使试验失败的难题；相对目测法测量疲劳裂纹长度而言，该方法可明显提高测量疲劳裂纹长度的精度，同时也大大降低劳动强度。本专利技术是采用如下技术方案实现的所述的测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率的试样，在其试样远离裂纹扩展面的上侧采用整体设计的方法设置有电子引伸计的装卡刀口；根据试验机控制系统采集到的大量的试验数据，利用进口设备的多项试验测试软件，求解出所设计试样的柔度系数如下柔度系数符号 C0C1C2C3C4C5柔度系数数值 0.9927 -4.8803 17.031 -189.39 781.63 -821.74同时，建立归一化裂纹长度和柔度系数之间的函数关系，实现在腐蚀液中进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验时裂纹长度的检测自动化。实施所述的测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率的试样的试验方法按照下列步骤进行(1)采用电火花线切割的方式引发试样的初始裂纹；(2)将求解出的所设计试样的柔度系数输入到事先编好的试验程序中；(3)测量试样厚度、宽度参数，并输入到事先编好的程序中；(4)将腐蚀循环系统、相关的试样卡具及试样与立式疲劳试验机相连接；(5)将腐蚀液加入循环系统和装有试样的腐蚀盒中，循环系统中的腐蚀液要足够多，腐蚀盒中的腐蚀液要保证时时浸泡住裂纹扩展面；(6)将电子引伸计装卡在试样上侧的刀口处；(7)设置好预制疲劳裂纹的各个参数，包括应力强度因子范围ΔK、控制方式、采用频率、波形及预制疲劳裂纹的长度；(8)启动试验机，开始预制疲劳裂纹，时时观测当前的裂纹扩展长度，注意整个腐蚀循环系统，以防腐蚀液渗漏而侵蚀试验机；(9)预制完成疲劳裂纹后，根据当前的结果，设定试验时所需要的载荷范围、应力比、频率的参数；(10)再次启动试验机，开始正式试验；(11)试验结束后，根据所采集到的试验数据，按照帕里斯(Paris)经验方程的表达形式拟合出试验材料的疲劳裂纹扩展速率曲线及其方程，最后出具相应的试验报告。所述的测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率的试样，该试样柔度系数的求解步骤如下(1)测量所设计试样的厚度B、宽度W及采用任何方法所引发的有效裂纹长度a，并事先测试出试验材料的弹性模量E；(2)将所设计的试样采用电火花线切割的方法引发裂纹，每隔a/W＝0.025引发一次，并重新测量引发的裂纹长度a，作为所用的实际值；(3)将引发裂纹后的试样装在试验机上，并将电子引伸计装卡在试样的刀口处，清零；(4)对引发裂纹后的试样在弹性范围内缓慢拉伸，此时需要以较高的采点速率采集作用在试样上的载荷P、引伸计的变形量V；(5)按照公式Ux＝1/求解出试样的无量纲柔度值Ux；(6)每次引发裂纹后，都要求解出一个归一化裂纹长度a/W值； (7)当归一化裂纹长度a/W＝0.75时，试验可以停止；(8)对所求得的数据组(a/W，Ux)进行一元五次递增多项式回归，其回归系数便可以作为该试样的柔度系数；(9)对多块试样按如上步骤进行，可分别得到各个试样的六个柔度系数；(10)对多块试样的柔度系数进行均值化处理，就得到了最终所求解的六个柔度系数C0、C1、C2、C3、C4、C5。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下积极效果本专利技术设计出的在腐蚀液(海水、盐水、江水等)中测量疲劳裂纹扩展速率(da/dN)的试样，将电子引伸计的装卡刀口提到了远离裂纹扩展面的上侧，解决了在立式疲劳试验机上用柔度法测量疲劳裂纹长度时、价格昂贵的引伸计常因腐蚀液侵蚀而损坏、从而导致试验失败的难题。该试样也可以用在卧式疲劳试验机上。利用求解出的试样柔度系数，建立起了归一化裂纹长度和柔度系数的函数方程，从理论上为通过柔度技术测量疲劳裂纹长度奠定了基础，从而使得在腐蚀液中进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验时裂纹长度的检测实现了自动化，与目前国内大多单位在腐蚀液中测量疲劳裂纹扩展速率(da/dN)用目测法检测裂纹长度相比，明显提高了测量裂纹长度的精度，同时也大大降低了劳动强度。在腐蚀液中测量疲劳裂纹扩展速率试样的设计成功、柔度系数的正确求得及据此所建立的试验方法，为该类试验的顺利进行提供了保证。利用试验结果，能够更准确地对服役在腐蚀介质中的船舶进行安全设计和寿命评估。附图说明图1是标准的紧凑拉伸C(T)试样图； 图2是中所设计的试样图；图3是标准的紧凑拉伸C(T)试样的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)-ΔK曲线图；图4是测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率的试样的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)-ΔK曲线图。具体实施例方式1、测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率(da/dN)的试样形式在腐蚀液中用标准的紧凑拉伸C(T)试样进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验，用目测法观测疲劳裂纹长度，一方面通过光学显微镜读到的裂纹长度的精度不能保证，另一方面劳动强度也相当大。如图1中所示，该试样的引伸计装卡刀口(①处)在关于裂纹扩展面对称的两侧。在立式疲劳试验机上测量腐蚀液(②处为腐蚀液面)中的疲劳裂纹扩展速率(da/dN)时，价格昂贵的引伸计往往会受到腐蚀液的侵蚀。如果将引伸计的装卡刀口移动到裂纹扩展面的上侧，首先便可以保证价格昂贵的引伸计不被侵蚀。另外，如果能够求解出这种试样的柔度系数，就可以采用柔度技术来测量腐蚀液中的疲劳裂纹长度，这样就可以保证裂纹长度测量的精度，同时也会大大降低用目测法测量时所付出的大量辛勤劳动。于是，在标准的紧凑拉伸C(T)试样的基础上，我们设计出了测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率(da/dN)的试样，如图2中所示，电子引伸计的装卡刀口(③处)采用整体设计的方法设计在了远离裂纹扩展面的上侧，这样，一方面解决了价格昂贵的电子引伸计遭受腐蚀液(④为腐蚀液面)侵蚀的难题，另一方面也为用柔度技术测量疲劳裂纹长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量腐蚀液中疲劳裂纹扩展速率的试样，其特征在于：所述的试样，在其试样远离裂纹扩展面的上侧采用整体设计的方法设置有电子引伸计的装卡刀口；根据试验机控制系统采集到的大量的试验数据，利用进口设备的多项试验测试软件，求解出所设计试样的柔度系数如下：＊＊＊同时，建立归一化裂纹长度和柔度系数之间的函数关系，实现在腐蚀液中进行疲劳裂纹扩展速率（ｄａ／ｄＮ）试验时裂纹长度的检测自动化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白杰，张亚军，梁健，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：41[]