一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法技术

本发明专利技术公开一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法，包括：配制复型溶液；准备设有单边缺口的标准试样，试样上下两端与疲劳试验机相连接进行中断疲劳试验，每隔预定循环周次停机，并对标准试样施加静态拉伸载荷，确保疲劳小裂纹处于完全张开状态；将复型溶液均匀附着在单边缺口表面上，待复型溶液干燥呈薄膜状后，从单边缺口表面将薄膜剥离下来，完成单边缺口疲劳小裂纹的复型，其中复型溶液的组成按重量份数计为：2wt％的醋酸纤维素酯20～40份；溶剂60～100份；助溶剂15～35份；增塑剂0.1～1.5份。本发明专利技术利用复型溶液直接附着在缺口表面形成复型薄膜来复型小裂纹，避免了繁琐复杂的操作，复型成功率较高，且复型成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法
本专利技术属于机械结构疲劳
，具体涉及一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法。
技术介绍
现代工业中，腐蚀、断裂及磨损是机械零件和工程构件破坏失效的主要原因，其中腐蚀和磨损进程缓慢，可以通过定期更换零件或者定期进行修理来避免破坏，而断裂却常常突然发生，并且不可预见。造成零部件断裂的原因很多，比如过载、低温脆性、氢脆、应力腐蚀和疲劳等，而工程实际情况表明绝大部分都是由疲劳所造成的。因此，为避免零部件因疲劳断裂造成破坏，均需要测试零部件在不同交变应力作用下的疲劳性能。疲劳试验机能够通过对金属材料实验测定金属材料的σ-1，绘制材料的S-N曲线，进而观察疲劳破坏现象和断口特征；在足够大的交变应力作用下，金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹，分散的微观裂纹经过集结将形成宏观裂纹，已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。金属件经过疲劳裂纹萌生和扩展阶段，主裂纹最终导致试件的断裂；裂纹萌生微观特征和扩展形貌变化受疲劳试验机空间及试样尺寸限制，用在线手段可靠获取非常困难；金属件在承受疲劳载荷的过程中，会产生疲劳裂纹。为真实记录小裂纹的萌生与扩展阶段，可采用复型发对小裂纹的萌生及扩展进行捕捉；复型技术是制备电子显微镜用样品的一种方法，是获取结构件表面裂纹形貌的一种手段。中国专利CN108375514B提出一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，该方法利用乙酸纤维素薄膜对金属板件的小裂纹进行复型。该方法在进行复型时，为了避免出现膜破裂、气泡挡住裂纹、膜收缩严重等问题，对实验结果准确性造成影响，需要进行比较繁琐复杂的操作，尤其是需要多次刷丙酮，以确保乙酸纤维素薄膜贴在金属板件上和复型小裂纹，复型成功率较低。另外，在复型过程中所使用的乙酸纤维素薄膜(AC纸)价格昂贵，一张薄膜的市场价格约为260元，由于实验具有不确定因素，因此实验操作可能需要使用很多的薄膜，因此仅仅薄膜成本有时就高达上万元，增加了复型成本。在构件因承受载荷而发生的失效问题中，大约80％的时间要花费在小裂纹萌生和扩展上，因此，有效获取金属件小裂纹的萌生和扩展形貌，进一步研究小裂纹的扩展机制对于合金结构件的安全应用具有重要意义。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述情况，本专利技术的目的是提供一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法。本专利技术的方法可以提高复型成功率，降低实验所需时间，增加实验的准确性，提高工作效率，降低实验经费。本专利技术的上述目的是利用以下的技术方案实现的：一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法，包括：配制复型溶液；准备在一侧中部设置有单边缺口的标准试样，所述标准试样的上下两端分别与疲劳试验机相连接，在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，每隔预定循环周次停机，并对标准试样施加静态拉伸载荷，确保单边缺口的疲劳小裂纹处于完全张开状态；将配制好的复型溶液均匀附着在所述单边缺口表面上，待复型溶液干燥呈薄膜状后，从单边缺口表面将所述薄膜剥离下来，完成单边缺口疲劳小裂纹的复型，其中所述复型溶液的组成按重量份数计为：优选地，所述复型溶液的组成按重量份数计为：更优选地，所述复型溶液的组成按重量份数计为：其中所述主溶剂为丙酮、二氯甲烷中的一种或几种，助溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或几种，增塑剂为磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二乙酯中的一种或几种。其中所述方法还包括将剥离的薄膜平整地粘贴在覆有双面透明胶带的载波片上，以便于保存和观察。另外，所述方法还包括将薄膜剪去一个角，以便进行方向标记。另外，所述载波片上贴有相应的复型序号，所述复型序号与记录的施加静态拉伸载荷的循环次数对应。其中所述标准试样的长度为140mm、宽度为32mm、厚度为2.5mm。其中所述疲劳实验机施加的最大载荷为450MPa，频率为20Hz，标准试样在实验过程中由常温升温至预定温度并达到稳定后，保持恒温一定时间，再对标准试样施加预定循环周次进行拉伸实验，预定循环周次加载完毕后对标准试样降温，达到室温后对标准试样进行复型操作；一次复型完成之后，继续对标准试样施加疲劳载荷，重复复型步骤，进行下一轮疲劳循环中断的复型实验，最终得到不同循环周次下的复型薄膜，选择循环间隔应以每个试样复制25-30个有效薄膜为原则。本专利技术通过利用复型溶液直接附着在缺口表面形成复型薄膜来复型小裂纹，避免了繁琐复杂的操作，复型成功率较高。另外，本专利技术所使用的复型溶液成本低。附图说明图1是本专利技术的复型方法的示意图；图2是本专利技术的标准试样的结构示意图；图3是配制本专利技术的复型溶液的示意图；图4是本专利技术的复型方法中清洗单边缺口表面的示意图；图5是本专利技术的复型方法中的载玻片8的组合结构示意图；图6是本专利技术中单边缺口试样沿A-A剖面所得表面裂纹的结构示意图；图7表示小裂纹的萌生；图8表示小裂纹的扩展；图9表示试样断口形貌特征；图10是本专利技术中试样疲劳小裂纹的a-N数据；图11是本专利技术中试样疲劳小裂纹的a-da/dN数据；图12是本专利技术中试样疲劳小裂纹试验数据及预测结果对比。图中：1、试样；2、薄膜；3、玻璃棒；4、单边缺口；5、滴定管；6、上夹持部；7、下夹持部；8、载玻片；9、复型序号；10、防尘纸；11、双面胶；12、第一烧杯；13、镊子；14、丙酮溶液；15、棉球；16、第二烧杯；17、搅拌棒；18、胶状溶液。具体实施方式为了更清楚地理解本专利技术的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术提供一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法，包括：配制复型溶液或者说胶状溶液；准备在一侧中部设置有单边缺口的标准试样，所述标准试样的上下两端分别与疲劳试验机相连接，在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，每隔预定循环周次停机，并对标准试样施加静态拉伸载荷，确保单边缺口的疲劳小裂纹处于完全张开状态；将配制好的复型溶液均匀附着在所述单边缺口表面上，待复型溶液干燥呈薄膜状后，从单边缺口表面将所述薄膜剥离下来，完成单边缺口疲劳小裂纹的复型，其中所述复型溶液的组成按重量份数计为：优选地，所述复型溶液的组成按重量份数计为：其中，所述溶剂为丙酮、二氯甲烷中的一种或几种，助溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或几种，增塑剂为磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二乙酯中的一种或几种。实施例参见图1和2，长度为140mm、宽度为32mm、厚度为2.5mm的标准试样1(下面简称为试样1)的一端设置有上夹持部6，另一端设置有下夹持部7，上夹持部6与下夹持部7的长度均为22mm，增大试样1与疲劳试验机上下夹块的夹持力度，且试样1的中部靠近一侧位置设置有单边缺口4。试样1施加载荷前，先用砂纸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法，包括：/n配制复型溶液；/n准备在一侧中部设置有单边缺口的标准试样，所述标准试样的上下两端分别与疲劳试验机相连接，在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，每隔预定循环周次停机，并对标准试样施加静态拉伸载荷，确保单边缺口的疲劳小裂纹处于完全张开状态；/n将配制好的复型溶液均匀附着在所述单边缺口表面上，待复型溶液干燥呈薄膜状后，从单边缺口表面将所述薄膜剥离下来，完成单边缺口疲劳小裂纹的复型，/n其中所述复型溶液的组成按重量份数计为：/n

【技术特征摘要】
1.一种用于检测疲劳小裂纹情况的复型方法，包括：
配制复型溶液；
准备在一侧中部设置有单边缺口的标准试样，所述标准试样的上下两端分别与疲劳试验机相连接，在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，每隔预定循环周次停机，并对标准试样施加静态拉伸载荷，确保单边缺口的疲劳小裂纹处于完全张开状态；
将配制好的复型溶液均匀附着在所述单边缺口表面上，待复型溶液干燥呈薄膜状后，从单边缺口表面将所述薄膜剥离下来，完成单边缺口疲劳小裂纹的复型，
其中所述复型溶液的组成按重量份数计为：





2.按照权利要求1所述的方法，其中所述复型溶液的组成按重量份数计为：





3.按照权利要求1所述的方法，其中所述复型溶液的组成按重量份数计为：





4.按照权利要求1-3任意之一所述的方法，其中所述主溶剂为丙酮、二氯甲烷中的一种或几种，助溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或几种，增塑剂为磷酸三苯酯、邻苯二甲酸二乙酯中的一种或几种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：方明亮，李振，刘新灵，刘晓菲，胡春燕，刘昌奎，何玉怀，陈贺贺，王剑，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11