由简单拉伸试验测定延性金属断裂韧性ＫＩＣ制造技术

钢的断裂韧性Ｋ－［１Ｃ］，是断裂力学中重要的材料机械性能指标。通用的方法是美国Ｅ－３９９规范所规定的方法，但该法存在着所需设备多，试件多、操作复杂、试件制作难和工时长、费用高、误差大等缺点。本发明专利技术创造性地应用普通万能试验机和单个小光滑圆试件，通过简单拉伸试验获得断裂曲线及其临界点，由对应临界点的诸参数，得到精确的钢的Ｋ－［１Ｃ］。本法具有设备简单、操作方便、省工省时、费用少、结果精确可靠等特点，经济效益高，故具有很大的推广应用价值。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢材或其他延性金属的机械性能的测定方法。钢材的断裂韧性K1C是断裂力学计算中的一项重要机械性能指标，它对机器另件、交通工具等失效和事故分析有重大作用。现在测定K1C的方法，通常都采用美国E-399规范的测定方法。此法存在缺点较多，因采用平板试件，故必须满足平面应变条件;同时它又是一种多试件的测定方法，最后一个试件经常是既重又大，这会使试件制造和试验工作更为困难。而且平板试件需要予制裂纹，先用线切割机割出细缝，再用疲劳试验机拉出疲劳裂纹，因此需要工时长、而试件又多、设备复杂，致使试验费用很高。采用这种方法来测试，由于应用的是条件临界载荷，又不是用真实裂纹，故测定K1C值的误差较大，一般在±10%以内。此外，对于高温下的钢和受过辐射的钢的K1C，应用该法也难以测定。本专利技术的目的是应用普通液压万能试验机和单个光滑圆形小试件，由简单拉伸试验方法测得各钢种的断裂韧性K1C值。本专利技术的具体方法是采用普通液压万能试验机，将所测钢种的小圆试件进行简单拉伸试验，得到如图1所示的OBFR载荷-伸长(P-△l)图。该图由两部份构成一部份O-B段，另一部份为B-F-R段。前一段为加载曲线，后一段称拉伸断裂曲线。两段曲线以极限载荷即最高点B点为分界点。从B点开始，在试件某一段便出现颈缩现象，其颈截面中心产生一小圆片裂纹，在载荷下降过程中，圆片裂纹缓慢扩大，同时试件颈截面外径也在缩小，直至某一点(F点)即临界点。此后，圆片裂纹开始快速失稳扩展，直到R点使试件断为两半，如图3所示。而对应临界点F如图2所示，其临界载荷PF、纤维区直径da和颈截面外径dF都可方便地测出，试验结果表明，纤维区直径da在F点与R点处保持不变。由PF、da、dF即可求得所测钢种的K1C，其计算公式如下 其中 使用本专利技术方法的特点是要求由液压万能机施加的载荷作用线应与圆试件轴线相一致，这样才可能出现有临界点F的断裂曲线，在试件颈部截面中心处形成圆片裂纹，并测出da、dF。而如果载荷作用线与试件轴线不一致，则会出现图4所示的P-△l图，在断裂曲线上没有F点，因此，这样只能测σs、σb等数据，而不能测出K1C。本专利技术要求所用液压万能试验机应当满足载荷作用线与试件轴线相一致的要求。如试验机达不到这一要求，(由于制适误差所致，多数试验机达不到此要求)则应当设计制作一保持器，使试件安装它以后可保证载荷作用线与试件轴线一致，就能方便地利用本法测出各种钢的K1C。当然要求试件各段的中心线在制作中是一致的。 附图说明图1为本专利技术所得载荷-伸长(P-△l)图。图2为本专利技术对应临界点F点处试件截面图。图3为本专利技术对应断开点R点处的断口图。图中符号1-纤维区;2-放射区;3-剪切唇。图4为一般简单拉伸试验所得载荷-伸长(P-△l)图。图5为试件在保持器中夹持时的示意图。图中符号4-试件;5-保持器;6-试件工作段。图6为保证载荷作用线与试件轴线相一致的保持器之结构示意图。图7为保持器上视图。本专利技术实施例采用液压万能试验机型号济南试验机厂30吨(300KN)液压万能试验机。如图6所示的保持器，这种保持器结构由三块同样的配件组成，相互用螺栓连接，各配件的中央围成一圆孔，便于与试件外径相配合。当螺栓拧紧时，如图5所示，保持器便能夹紧试件上、下两端，使载荷作用线与试件轴线一致。取钢材A3、45＃和9SiCr，分别通过使用保持器在上述液压万能试验机上进行简单拉伸试验，获得有临界点的载荷-伸长(P-△l)图，然后用本专利技术方法测量PF、da和dF，计算得到各钢种的K1C值，具体结果如下表所示 </tables> 本专利技术优点1.所需设备少而简单，测试操作方便，并在一次拉伸试验中能同时获得σs、σb和K1C。2.由于是在实际临界点下进行测定计算，即在实际临界载荷和真实裂纹条件下进行测定计算，而不是如美国F-399方法那样在条件临界载荷和模拟裂纹条件下进行测试，因此本专利技术具有精度高的特点，误差不超过±2%。3.本专利技术方法具有高度经济效益。与美国E-399规范方法相比，试件仅仅需要一个小的光滑圆试件，车制约半小时即成，也不要予制裂纹。整个试验与一般拉伸试验几乎完全相同，约40分钟就能完成一钢种的K1C测定。本专利技术方法特点是精确，快速，省工省时省费用。无论是时间上和费用上，仅及美国E-399规范方法的数十分之一。设备差的材料试验室均能进行测定。4.可测定高温情况下钢和受过辐射的钢的K1C。权利要求1.一种测定钢材K1c的方法，本专利技术特征是采用普通液压万能试验机和单个小光滑圆试件，在载荷作用线与试件轴线保持一致条件下进行简单拉伸试验，得出OBFR载荷-伸长(P-Δl)图，获得对应临界点F处的真实临界载荷PF、纤维区直径da和试件颈截面外径dF，再利用下式计算得到钢的K1cK1C=F(dadF)4PF&pi;(dF2-da2)&pi;2da]]>其中F(dadF)=1-dadF&CenterDot;2&pi;]]>2.按权利要求1所述方法，其特征是采用保持器夹紧试件，保持器一般由三块同样配件组成，各配件之间由螺栓连接，中央形成一圆孔与试件外径相配合。全文摘要钢的断裂韧性K文档编号G01N3/28GK1054664SQ90101158公开日1991年9月18日 申请日期1990年3月2日 优先权日1990年3月2日专利技术者吴介卿 申请人:吴介卿 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定钢材Ｋ↓［１ｃ］的方法，本专利技术特征是采用普通液压万能试验机和单个小光滑圆试件，在载荷作用线与试件轴线保持一致条件下进行简单拉伸试验，得出ＯＢＦＲ载荷－伸长（Ｐ－△ｌ）图，获得对应临界点Ｆ处的真实临界载荷Ｐ↓［Ｆ］、纤维区直径ｄ↓［ａ］和试件颈截面外径ｄ↓［Ｆ］，再利用下式计算得到钢的Ｋ↓［１ｃ］：＊＊＊其中＊＊＊。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴介卿，
申请(专利权)人：吴介卿，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]