由低合金高强钢的最大荷载确定其断裂韧度的方法

摘要

本发明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

说明书

技术领域

本发明属于金属材料性能检测技术领域，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。

背景技术

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K_IC试验方法（GB/T>

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。

发明内容

针对上述问题，本发明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，本发明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>

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σ_n；

（1）

式中，P_UT为最大荷载；B为试件厚度；a为初始裂缝长度，Δa_p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a_e；

（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)>W₁=>W ->a₀。

5）得到σ_n与a_e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K_C；

（6）

式中，σ_UT为极限强度。

本发明具有以下积极有益效果：

（1）本发明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）本发明可采用小尺寸试件，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，本发明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）本发明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K_C。

（5）本发明采用单边拉伸试样，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

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明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 (Δa_p=4mm；λ=>

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实例仅为本发明示意性的部分具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

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>B>L>

分别制作试样的缝高比a/W>

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σ_n。

每个试件的等效裂缝长度a_e可由式（2）、（3）、（4）、（5）计算。

得到不同的σ_n与a_e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σ_UT和断裂韧度K_C。

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，采用本发明方法确定的低合金高强度钢的极限强度σ_UT=577.82>σ_UT=598MPa吻合良好。平面应力条件下的K_{C>= 60.96-65.28 MPa·m^1/2。}

表1 试验确定低合金高强钢的极限强度σ_UT与断裂韧度K_C

。

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发明，但显然所描述的实施例仅为本发明示意性的部分具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。