由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法技术

本发明专利技术涉及一种由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法，包括以下步骤：1）制作相同尺寸而不同裂缝长度的单边具有初始裂缝的拉伸试件，使其缝高比α=a/W分别为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7；2）将所述试件置于拉力试验机或者万能试验机上进行拉伸试验，测得各试件的最大荷载；3）测得所述试件的最大荷载后，由式（1）得到所述试件的名义强度σn；4）由式（2）得出每个试件的等效裂缝长度ae；5）得到σn与ae后，带入式（6）进行回归分析，即可得出低合金高强钢的断裂韧度KC。本发明专利技术方法形式简单，在普通试验室条件下非常容易实现，便于推广，且具有足够精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料性能检测
，尤其涉及一种由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法。
技术介绍
目前，国内外现行的金属材料断裂性能测试规范，如中华人民共和国国家标准——金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法（GB/T 4161-2007）、中华人民共和国国家标准——金属材料 准静态断裂韧度的统一试验方法（GB/T 21143-2007）、中华人民共和国国家标准——金属材料 表明裂纹拉伸试样断裂韧度试验方法（GB/T 7732-2008）、美国ASTM E399、欧洲BS EN ISO等，对试件型式、加载夹具、加载方式、试验系统都有严格限制：（1）测试试样的尺寸大小有严格规定，试样的裂缝长度、试样厚度及韧带高度须大于一定数值；若采用预估尺寸进行试验，测得指标不满足尺寸规定，还需重新进行试验；（2）金属初始裂纹的形成，需要进行疲劳试验；（3）仅能确定金属材料平面应变断裂韧度，而平面应力下的金属断裂韧度还未给出；（4）测试试样的几何型式大多采用三点弯曲和楔入劈拉，对试件型式与加载夹具和加载方式等都有严格限制；（5）试验须测试荷载—位移全曲线，用到引伸计等设备，对试验系统要求相对较高。因此，当前技术测定低合金高强度钢的断裂韧度需要严格加工试件和复杂的测试设备，而如何在普通实验室条件下确定高强钢的断裂韧度，成为了亟待解决的技术难题。对于金属试验来说，其试验过程中最易得到的即为其最大荷载，较为简单的试件形式是拉伸板试样。而测试最大荷载不需要复杂设备，对试验要求极低。由单边裂缝拉伸板试验测试得到最大荷载在普通试验室条件下非常容易实现，方法简便且便于推广。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法，可解决目前高强钢断裂韧性测试难题。该方法形式简单，在普通试验室条件下非常容易实现，便于推广，且具有足够精度。为解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现：经过长期的实践研究，设计出了一种由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法，包括以下步骤：1）制作相同尺寸而不同裂缝长度的单边具有初始裂缝的拉伸试件，使其裂缝长度与试件高度的比值——缝高比α=a/W分别为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7；式中a为初始裂缝长度，W为试件高度，α为缝高比；试件高度W取30～50mm，试件有效长度L取50～70mm，试件厚度B取5～15mm，有效长度为试件除加载头外的部分的长度。 2）将所述试件置于拉力试验机或者万能试验机上进行拉伸试验，测得各试件的最大荷载；一般试验室条件下即可完成该试验，其中，试件的加载头须牢固固定于试验机上下夹头上，并且保证试件的受力面积由试件高度W与有效长度L所对应； 拉伸试验可参照《金属材料拉伸试验第１部分：室温试验方法》(GB/T 228.1-2010)规范中规定速率进行匀速加载，一直加载到试件断裂破坏，记录每个试件的最大荷载。3）测得所述试件的最大荷载后，由式（1）得到所述试件的名义强度σn； （1）式中，PUT为最大荷载；B为试件厚度；a为初始裂缝长度，Δap为最大荷载对应的裂缝尖端塑性区长度，取试验实测长度值，或者试验中相机拍摄统计得出的经验值2～6mm；λ为应力分布形状影响系数，λ在0.90～0.85取值。4）由式（2）得出每个试件的等效裂缝长度ae； （2） （3） （4） （5）式中，B(α)为几何形状影响系数，Y()(α)为单边裂缝直接拉伸情况下的几何影响因子，Y()(α) 为单边裂缝纯弯情况下的几何影响因子，W1= W - a0。5）得到σn与ae后，带入式（6）进行回归分析，即可得出低合金高强钢的断裂韧度KC； （6）式中，σUT为极限强度。本专利技术具有以下积极有益效果：（1）本专利技术只需试验测试得到试件的峰值荷载，在普通试验室条件下非常容易实现，方法简便且便于推广。（2）本专利技术可采用小尺寸试件，试件尺寸不需满足现有规范测定线弹性断裂条件下高度、厚度、初始裂缝长度等都要大于一定数值的苛刻要求。（3）对于断裂韧性试验的初始裂纹的形成，本专利技术不需采用疲劳试验形成，而只需采用线切割技术切缝，大大降低了加工试样裂缝的难度，减轻了相应的工作量。（4）本专利技术采用试样的厚度可较薄，不需满足现有规范平面应变条件，并可得出应用范围更为广泛的平面应力条件的高强钢的断裂韧度KC。（5）本专利技术采用单边拉伸试样，而不需采用现行规范对于测定强度所用切削后的圆棒试样，以及测定断裂韧度所用的三点弯曲梁试样和楔入劈拉试样等，试样加工和试验加载设备得到了简化，节省了检测成本。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：图1为本专利技术所用试件结构示意图；图2为由实施例试验数据回归确定断裂韧度 (Δap=4mm；λ= 0.85)；具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实例仅为本专利技术示意性的部分具体实施方式，并非用以限定本专利技术的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本专利技术构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本专利技术保护的范围。实施例1参见图1，本实施例所用拉伸试样示意图，制作相同尺寸而不同裂缝长度a的单边具有初始裂缝的拉伸板试件，试件尺寸W = 40mm，B = 10mm，L = 60mm， 弧型段高度为20mm，矩形夹持头的尺寸为：70mm × 80mm。分别制作试样的缝高比a/W = 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7的7组试样，每组制作5个试样，共计35个试样。其中初始裂缝的形成须用线切割工艺，裂缝宽度须小于0.25mm，而不需要进行疲劳试验形成疲劳裂纹。试验按《金属材料拉伸试验第１部分：室温试验方法》(GB/T 228.1-2010)等规范中规定速率进行匀速加载，一直加载到试件断裂破坏。试验过程中记录每个试件的峰值荷载。测得各试件的最大荷载后，由式（1）计算出每个试件的名义强度σn。每个试件的等效裂缝长度ae可由式（2）、（3）、（4）、（5）计算。得到不同的σn与ae后，带入下式(6)进行回归分析，即可同时得出高强钢的极限强度σUT和断裂韧度KC。参见图2，由实施例试样试验数据回归确定低合金高强度钢的屈服强度与断裂韧度。考虑屈服区的影响时，采用本专利技术方法确定的低合金高强度钢的极限强度σUT=577.82 -607.20 MPa，与其安阳钢铁股份有限公司的产品质量证明书（编号：20150820148）给出的极限强度σUT=598MPa吻合良好。平面应力条件下的KC = 60.96-65.28 MPa·m1/2。表1 试验确定低合金高强钢的极限强度σUT与断裂韧度KC。对所公开实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本专利技术，但显然所描述的实施例仅为本专利技术示意性的部分具体实施方式，并非用以限定本专利技术的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本专利技术构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制作相同尺寸而不同裂缝长度的单边具有初始裂缝的拉伸试件，使其裂缝长度与试件高度的比值——缝高比α=a/W分别为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7；式中a为初始裂缝长度，W为试件高度，α为缝高比；2）将所述试件置于拉力试验机或者万能试验机上进行拉伸试验，测得各试件的最大荷载；3）测得所述试件的最大荷载后，由式（1）得到所述试件的名义强度σn；（1）式中，PUT为最大荷载；B为试件厚度；a为初始裂缝长度，Δap为最大荷载对应的裂缝尖端塑性区长度，取试验实测长度值；λ为应力分布形状影响系数，λ在0.90～0.85取值；4）由式（2）得出每个试件的等效裂缝长度ae；（2）式中，B(α) 为几何形状影响系数；5）得到σn与ae后，带入式（6）进行回归分析，即可得出低合金高强钢的断裂韧度KC；（6）式中，σUT为极限强度。

【技术特征摘要】
1.一种由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制作相同尺寸而不同裂缝长度的单边具有初始裂缝的拉伸试件，使其裂缝长度与试件高度的比值——缝高比α=a/W分别为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7；式中a为初始裂缝长度，W为试件高度，α为缝高比；2）将所述试件置于拉力试验机或者万能试验机上进行拉伸试验，测得各试件的最大荷载；3）测得所述试件的最大荷载后，由式（1）得到所述试件的名义强度σn； （1）式中，PUT为最大荷载；B为试件厚度；a为初始裂缝长度，Δap为最大荷载对应的裂缝尖端塑性区长度，取试验实测长度值；λ为应力分布形状影响系数，λ在0.90～0.85取值；4）由式（2）得出每个试件的等效裂缝长度ae； （2）式中，B(α...

【专利技术属性】
技术研发人员：管俊峰，白卫峰，胡晓智，姚贤华，卿龙邦，周密，谢超鹏，王强，钱国双，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41