无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样制造技术

一种无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样，其特征在于：它是由表面光滑的待测材料试样本体和复合在其光滑表面上的一层已知其机械性能参数的、具有较高弹性模量的、可以在加载过程中首先开裂的脆性薄层构成。本实用新型专利技术结构简单，制作容易，它改进了材料断裂韧性测试中对测试构件尺度依赖性的情形，同时该试样实施简单，因而可大大降低测试成本。采用本实用新型专利技术试样，可以直接测试出形成一个裂纹尖端塑性区的塑性变形功。这个塑性功的测试参数可以根据现有断裂力学理论计算公式很方便地换算为目前通用的材料断裂韧性的Ｋ↓［ＩＣ］和Ｊ↓［ＩＣ］参数值。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是工程材料常规断裂韧性的测试试样，尤其是 一种无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样。
技术介绍
根据断裂力学理论，只要试样的几何尺度足够大，就能保证裂纹 前沿处于理想的平面应变状态，就应该能测试出该材料的断裂韧性 L值。但事实上，对于那些强度较低的材料，保障裂纹前沿处于平面 应变状态所需的试样尺度过于厚大，因此要求材料试验机的动力规模 也就过大，实际上是无法在目前通行的材料试验机上获取它们的断裂 韧性值的。当前测试方法的这种局限性是由于测试方法本身的局限性 带来的。从某种意义上说，当今的工程结构设计，是建立在采用过于 宽松的抗断裂安全系数的基础之上才得以支撑的，实际上是付出了巨 大的材料和动力浪费的。如果能更加精确地、更为广泛地测定用来制 造工程构件材料的断裂韧性值，就可以使得材料的断裂韧性参数与它 们的其它机械性能参数更好的配合起来，大大合理化工程结构设计。传统的断裂韧性测试方法及派生出来的测试试样无法将属于外 在因素的试样几何形态与属于内在因素的材料力学特性作行之有效 的区割，导致试样尺度规模要求的材料试验机动力规模的过大，因此 大大限制了可测试材料的范畴。再从断裂韧性试样本身的制备方法上 看。现有的材料断裂韧性测试(为获取材料的L值和Jk僮而采用的 三点弯曲试样和紧凑拉伸试样)，都需要首先在试样中制造出一个宏 观裂纹。由于预制裂纹的过程十分繁复，做出的裂纹状况对随后的测 试结果影响非常敏感。因此，除了上面谈到的，由于试样尺度的原因 造成的对低强度材料的不可测试性外，即使是对于可以测试的那些高 强度材料，也很容易出现由于裂纹制作过程中难以控制的不确定性导 致的测试数据的分散，降低了数据的可信程度。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述试样存在的缺陷，提供一种可以从 两个方面同时改进当前材料断裂韧性测试技术中的困难，同时也无需 在试样上预制裂纹的材料断裂韧性测试试样。本技术无预制裂纹 的材料断裂韧性测试试样，其特征在于它是由表面光滑的待测材料 试样本体和复合在其光滑表面上的一层已知其机械性能参数的、具有 较高弹性模量的、可以在加载过程中首先开裂的脆性薄层构成。 所述脆性薄层是金属陶瓷薄片或粉末冶金薄片。 所述脆性薄片通过粘合剂粘贴在待测材料试样本体光滑表面。 所采用的粘结剂应该能保障当试样在加载并在脆性层上引发裂 纹的全部过程中不会发生脆性层相对基体之间的滑动和剥离。所述粘合剂是502胶水。本技术无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样的设计原理是在待测材料试样本体表面复合上一层脆性薄 层。利用试样在弯曲加载过程中脆性薄层的首先开裂之特性，直接在 待测构件本体表面"制造出" 一个裂尖塑性区来。这样就可以根据已知的脆性薄层的机械性能参数、脆性薄层中所形成的裂纹的尺度和已 知的外载荷状况，确定该裂纹对裂尖处材料的加载数据。通过测定在 这些己知条件下在待测材料表面上制造出这个裂尖塑性区所需的塑 性功，并通过合理的方法外推至使得材料在单向拉伸实验中出现内缩 颈时对应的塑性功(根据塑性力学中的"单一曲线原理")，就可以确 定出该材料在裂尖塑性区内萌生空穴时的临界塑性功。这也就是待测 材料中裂纹尖端塑性区开始发生扩展时的临界塑性能。本技术无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样设计科学，结构 简单，制作容易，它改进了材料断裂韧性测试中对测试构件尺度依赖 性的情形，同时该试样实施简单，因而可大大降低测试成本。由于待 测材料中的裂纹前沿是采用不同种类的脆性薄层间接地引入到待测 材料试样本体表层中的，这就不再需要在被测试材料试样体内直接预 制裂纹。或者说，脆性薄层的实质效果是将传统中向试样体内延伸的 裂纹反过来等效地向虚空中延伸了。由于脆性薄层较薄，引起的裂尖 塑性区较小，因此这种通过脆性薄层引入裂纹并形成裂尖塑性区的方 法可以解决由于材料强度过低而致使试样总体尺寸过大的问题。使得 任何种类的结构材料都可以用来制成试样的本体而实现对其进行断 裂韧性的测试。也就是说，它的突出价值就在于使得原来采用现有断 裂韧性测试试样的三点弯曲试样和紧凑拉伸试样都无法测量的那些 结构材料变得可以测试其断裂韧性Ku;值了。从所述的本技术无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样的构 成结构和工作原理不难想见，采用本技术试样，可以直接测试出 形成一个裂纹尖端塑性区的塑性变形功。这个塑性功的测试参数可以 根据现有断裂力学理论计算公式很方便地换算为目前通用的材料断 裂韧性的KK和Ju:参数值。同时还可以想见，采用本技术试样， 对于越是屈服强度低的材料，它可获得的测试信息量越大，因而测试 结果越准确。因此它与目前通行的三点弯曲和紧凑拉伸试样测试法在 技术上形成了一个绝佳的互补关系对于那些采用本技术试样来 测试不够灵敏的高强度材料，可以采用现行的试样及其测试方法；而 对于用现行试样测试误差较大甚至无法实施的低强度材料，可以采用 本技术试样及其测试方法。本技术无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样的具体结构由 以下附图和实施例给出。附图说明图1无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样结构示意图。 具体实施方式实施例从图1可以清楚地看到无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样由待测材料试样本体1和复合在其表面的一层TiC和TiN金属陶 瓷脆性薄层2，脆性薄层2的厚度为lram。该脆性薄层2采用502胶水粘贴在待测材料试样本体1光滑表面。所述待测材料试样本体1为不锈钢材料，其尺寸为50X10X6mm。以上内容是结合具体的优选实施方式对本技术所作的进一 步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对 于本技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本实用新 型构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，如果只是做出若干简单 推演或替换，都应当视为属于本技术由所提交的权利要求书确定 的专利保护范围。权利要求1.一种无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样，其特征在于它是由表面光滑的待测材料试样本体和复合在其光滑表面上的一层已知其机械性能参数的、具有较高弹性模量的、可以在加载过程中首先开裂的脆性薄层构成。2、 根据权利要求1所述的无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样， 其特征在于所述脆性薄层是金属陶瓷薄片或粉末冶金薄片。3、 根据权利要求1或2所述的无预制裂纹的材料断裂韧性测试 试样，其特征在于所述脆性薄片通过粘合剂粘贴在待测材料试样本 体光滑表面。4、 根据权利要求3所述的无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样， 其特征在于所述粘合剂是502胶水。专利摘要一种无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样，其特征在于它是由表面光滑的待测材料试样本体和复合在其光滑表面上的一层已知其机械性能参数的、具有较高弹性模量的、可以在加载过程中首先开裂的脆性薄层构成。本技术结构简单，制作容易，它改进了材料断裂韧性测试中对测试构件尺度依赖性的情形，同时该试样实施简单，因而可大大降低测试成本。采用本技术试样，可以直接测试出形成一个裂纹尖端塑性区的塑性变形功。这个塑性功的测试参数可以根据现有断裂力学理论计算公式很方便地换算为目前通用的材料断裂韧性的K_IC和J_IC参数值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无预制裂纹的材料断裂韧性测试试样，其特征在于：它是由表面光滑的待测材料试样本体和复合在其光滑表面上的一层已知其机械性能参数的、具有较高弹性模量的、可以在加载过程中首先开裂的脆性薄层构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴力航，
申请(专利权)人：吴力航，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]