由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂韌度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂韌度的方法，包括以下步驟：1）制作相同尺寸而不同裂縫長(zhǎng)度的單邊具有初始裂縫的拉伸試件，使其縫高比α=a/W分別為 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7；2）將所述試件置于拉力試驗(yàn)機(jī)或者萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得各試件的最大荷載；3）測(cè)得所述試件的最大荷載后，由式（1）得到所述試件的名義強(qiáng)度σn；4）由式（2）得出每個(gè)試件的等效裂縫長(zhǎng)度ae；5）得到σn與ae后，帶入式（6）進(jìn)行回歸分析，即可得出低合金高強(qiáng)鋼的斷裂韌度KC。本發(fā)明方法形式簡(jiǎn)單，在普通試驗(yàn)室條件下非常容易實(shí)現(xiàn)，便于推廣，且具有足夠精度。
【專利說明】
由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂韌度的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷 載確定其斷裂韌度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的金屬材料斷裂性能測(cè)試規(guī)范，如中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)--金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度he試驗(yàn)方法(GB/T 4161-2007)、中華人民共和國(guó)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)--金屬材料準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗(yàn)方法(GB/T 21143-2007)、中華人民共和國(guó) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)--金屬材料表明裂紋拉伸試樣斷裂韌度試驗(yàn)方法(GB/T 7732-2008)、美國(guó) ASTM E399、歐洲BS EN ISO等，對(duì)試件型式、加載夾具、加載方式、試驗(yàn)系統(tǒng)都有嚴(yán)格限制： (1)測(cè)試試樣的尺寸大小有嚴(yán)格規(guī)定，試樣的裂縫長(zhǎng)度、試樣厚度及韌帶高度須大于一定數(shù) 值;若采用預(yù)估尺寸進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得指標(biāo)不滿足尺寸規(guī)定，還需重新進(jìn)行試驗(yàn)；（2)金屬初始 裂紋的形成，需要進(jìn)行疲勞試驗(yàn)；（3)僅能確定金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度，而平面應(yīng)力下 的金屬斷裂韌度還未給出；（4)測(cè)試試樣的幾何型式大多采用三點(diǎn)彎曲和楔入劈拉，對(duì)試件 型式與加載夾具和加載方式等都有嚴(yán)格限制；（5)試驗(yàn)須測(cè)試荷載一位移全曲線，用到引伸 計(jì)等設(shè)備，對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)要求相對(duì)較高。因此，當(dāng)前技術(shù)測(cè)定低合金高強(qiáng)度鋼的斷裂韌度需要 嚴(yán)格加工試件和復(fù)雜的測(cè)試設(shè)備，而如何在普通實(shí)驗(yàn)室條件下確定高強(qiáng)鋼的斷裂韌度，成 為了亟待解決的技術(shù)難題。
[0003] 對(duì)于金屬試驗(yàn)來說，其試驗(yàn)過程中最易得到的即為其最大荷載，較為簡(jiǎn)單的試件 形式是拉伸板試樣。而測(cè)試最大荷載不需要復(fù)雜設(shè)備，對(duì)試驗(yàn)要求極低。由單邊裂縫拉伸板 試驗(yàn)測(cè)試得到最大荷載在普通試驗(yàn)室條件下非常容易實(shí)現(xiàn)，方法簡(jiǎn)便且便于推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂韌度的方 法，可解決目前高強(qiáng)鋼斷裂韌性測(cè)試難題。該方法形式簡(jiǎn)單，在普通試驗(yàn)室條件下非常容易 實(shí)現(xiàn)，便于推廣，且具有足夠精度。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐研究，設(shè)計(jì)出了一種由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂韌度的方 法，包括以下步驟： 1)制作相同尺寸而不同裂縫長(zhǎng)度的單邊具有初始裂縫的拉伸試件，使其裂縫長(zhǎng)度與試 件高度的比值--縫高比〇=a//f分別為0·1、0·2、0·3、0·4、0·5、0·6、0·7; 式中a為初始裂縫長(zhǎng)度，為試件高度，〇為縫高比；試件高度取30~50mm，試件有 效長(zhǎng)度Z取50~70mm，試件厚度B取5~15mm，有效長(zhǎng)度為試件除加載頭外的部分的長(zhǎng)度。
[0006] 2)將所述試件置于拉力試驗(yàn)機(jī)或者萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得各試件的 最大荷載； 一般試驗(yàn)室條件下即可完成該試驗(yàn)，其中，試件的加載頭須牢固固定于試驗(yàn)機(jī)上下夾 頭上，并且保證試件的受力面積由試件高度r與有效長(zhǎng)度z所對(duì)應(yīng)； 拉伸試驗(yàn)可參照《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》(GB/T 228.1-2010)規(guī) 范中規(guī)定速率進(jìn)行勾速加載，一直加載到試件斷裂破壞，記錄每個(gè)試件的最大荷載。
[0007] 3)測(cè)得所述試件的最大荷載后，由式(1)得到所述試件的名義強(qiáng)度ft;
(1) 式中，Λιτ為最大荷載4為試件厚度;a為初始裂縫長(zhǎng)度，最大荷載對(duì)應(yīng)的裂縫 尖端塑性區(qū)長(zhǎng)度，取試驗(yàn)實(shí)測(cè)長(zhǎng)度值，或者試驗(yàn)中相機(jī)拍攝統(tǒng)計(jì)得出的經(jīng)驗(yàn)值2~6mm;狗 應(yīng)力分布形狀影響系數(shù)，^&0.90~0.85取值。
[0008] 4)由式(2)得出每個(gè)試件的等效裂縫長(zhǎng)度;
式中，汛々為幾何形狀影響系數(shù)，Γ(〇(々為單邊裂縫直接拉伸情況下的幾何影響因 子，作i)(4為單邊裂縫純彎情況下的幾何影響因子，約=r- ao。
[0009] 5)得到(^與~后，帶入式(6)進(jìn)行回歸分析，即可得出低合金高強(qiáng)鋼的斷裂韌度 Kc
式中，Φτ為極限強(qiáng)度。
[0010]本發(fā)明具有以下積極有益效果： (1)本發(fā)明只需試驗(yàn)測(cè)試得到試件的峰值荷載，在普通試驗(yàn)室條件下非常容易實(shí)現(xiàn)，方 法簡(jiǎn)便且便于推廣。
[0011] (2)本發(fā)明可采用小尺寸試件，試件尺寸不需滿足現(xiàn)有規(guī)范測(cè)定線彈性斷裂條件 下高度、厚度、初始裂縫長(zhǎng)度等都要大于一定數(shù)值的苛刻要求。
[0012] (3)對(duì)于斷裂韌性試驗(yàn)的初始裂紋的形成，本發(fā)明不需采用疲勞試驗(yàn)形成，而只需 采用線切割技術(shù)切縫，大大降低了加工試樣裂縫的難度，減輕了相應(yīng)的工作量。
[0013] (4)本發(fā)明采用試樣的厚度可較薄，不需滿足現(xiàn)有規(guī)范平面應(yīng)變條件，并可得出應(yīng) 用范圍更為廣泛的平面應(yīng)力條件的高強(qiáng)鋼的斷裂韌度價(jià)。
[0014] (5)本發(fā)明采用單邊拉伸試樣，而不需采用現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于測(cè)定強(qiáng)度所用切削后的 圓棒試樣，以及測(cè)定斷裂韌度所用的三點(diǎn)彎曲梁試樣和楔入劈拉試樣等，試樣加工和試驗(yàn) 加載設(shè)備得到了簡(jiǎn)化，節(jié)省了檢測(cè)成本。
【附圖說明】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中： 圖1為本發(fā)明所用試件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為由實(shí)施例試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸確定斷裂韌度（Aap = 4mm;t 0.85);
【具體實(shí)施方式】 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然所描述的實(shí)例僅為本發(fā) 明示意性的部分【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不 脫離本發(fā)明構(gòu)思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016] 實(shí)施例1 參見圖1，本實(shí)施例所用拉伸試樣示意圖，制作相同尺寸而不同裂縫長(zhǎng)度a的單邊具有 初始裂縫的拉伸板試件，試件尺寸#= 40mm，j? = 10mm，Z = 60mm，弧型段高度為20mm，矩 形夾持頭的尺寸為:70_ X 80mm。
[0017] 分別制作試樣的縫高比a//f = 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7的7組試樣，每組制 作5個(gè)試樣，共計(jì)35個(gè)試樣。其中初始裂縫的形成須用線切割工藝，裂縫寬度須小于0.25_， 而不需要進(jìn)行疲勞試驗(yàn)形成疲勞裂紋。
[0018] 試驗(yàn)按《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》(GB/T 228.1-2010)等規(guī)范中 規(guī)定速率進(jìn)行勻速加載，一直加載到試件斷裂破壞。試驗(yàn)過程中記錄每個(gè)試件的峰值荷載。
[0019] 測(cè)得各試件的最大荷載后，由式(1)計(jì)算出每個(gè)試件的名義強(qiáng)度Φ。
[0020] 每個(gè)試件的等效裂縫長(zhǎng)度ae可由式(2)、（3)、（4)、（5)計(jì)算。
[0021] 得到不同的《與&后，帶入下式(6)進(jìn)行回歸分析，即可同時(shí)得出高強(qiáng)鋼的極限強(qiáng) 度《τ和斷裂韌度A。 參見圖2,由實(shí)施例試樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸確定低合金高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度與斷裂韌度。考 慮屈服區(qū)的影響時(shí)，采用本發(fā)明方法確定的低合金高強(qiáng)度鋼的極限強(qiáng)度咖=577.82 _ 607.20 MPa，與其安陽鋼鐵股份有限公司的產(chǎn)品質(zhì)量證明書(編號(hào)：20150820148)給出的極 限強(qiáng)度?T=598MPa吻合良好。平面應(yīng)力條件下的A = 60.96-65.28 MPa· m1/2。
[0022] 表1試驗(yàn)確定低合金高強(qiáng)鋼的極限強(qiáng)度與斷裂韌度價(jià)
[0023]對(duì)所公開實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明，但顯然 所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明示意性的部分【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍，任 何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應(yīng) 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂初度的方法，其特征在于，包括W下步 驟： 1) 制作相同尺寸而不同裂縫長(zhǎng)度的單邊具有初始裂縫的拉伸試件，使其裂縫長(zhǎng)度與試 件高度的比值--縫高比（Pa/r分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7; 式中a為初始裂縫長(zhǎng)度，r為試件高度，α為縫高比； 2) 將所述試件置于拉力試驗(yàn)機(jī)或者萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得各試件的最大荷 載； 3) 測(cè)得所述試件的最大荷載后，由式(1)得到所述試件的名義強(qiáng)度(1) 式中，凡Τ為最大荷載;公為試件厚度;a為初始裂縫長(zhǎng)度，Aap為最大荷載對(duì)應(yīng)的裂縫 尖端塑性區(qū)長(zhǎng)度，取試驗(yàn)實(shí)測(cè)長(zhǎng)度值；A為應(yīng)力分布形狀影響系數(shù)，省E0.90~0.85取值； 4) 由式(2)得出每個(gè)試件的等效裂縫長(zhǎng)度ae;(2) 式中，鳳4為幾何形狀影響系數(shù)； 5) 得到《與ae后，帶入式(6)進(jìn)行回歸分析，即可得出低合金高強(qiáng)鋼的斷裂初度原；(6) 式中，化為極限強(qiáng)度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂初度的方法，其特征在 于:步驟(1)所制作試件的高度r為30~50mm、有效長(zhǎng)度Z為50~70mm、厚度5為5~15mm，有 效長(zhǎng)度為試件除加載頭外的部分的長(zhǎng)度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述由低合金高強(qiáng)鋼的最大荷載確定其斷裂初度的方法，其特征在 于:步驟(4)所述鳳4由式(3)、（4)、巧)得到：式中，化>)(4為單邊裂縫直接拉伸情況下的幾何影響因子，iU)( 4為單邊裂縫純彎情 況下的幾何影響因子，％= r- ao。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK105973700SQ201610277872
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】管俊峰, 白衛(wèi)峰, 胡曉智, 姚賢華, 卿龍邦, 周密, 謝超鵬, 王強(qiáng), 錢國(guó)雙
【申請(qǐng)人】華北水利水電大學(xué)