[PDF] GB/T 4161-2007 - 自动发货. 英文版
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| GB/T 4161-2007 | 150 | GB/T 4161-2007 | 9秒内发货PDF | 金属材料 平面应变断裂韧度KIC试验方法 |
| 基本信息 | |
|---|---|
| 标准编号 | GB/T 4161-2007 (GB/T4161-2007) |
| 中文名称 | 金属材料 平面应变断裂韧度KIC试验方法 |
| 英文名称 | Metallic materials -- Determination of plane-strain fracture toughness |
| 行业 | 国家标准 (推荐) |
| 中标分类 | H22 |
| 国际标准分类 | 77.040.10 |
| 字数估计 | 23,262 |
| 发布日期 | 2007-09-11 |
| 实施日期 | 2008-02-01 |
| 旧标准 (被替代) | GB/T 4161-1984 |
| 采用标准 | ISO 12737-2005, MOD |
| 标准依据 | 中国国家标准批准发布公告2007年第11号(总第111号) |
| 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 |
| 范围 | 本标准规定了缺口预制疲劳裂纹试样在承受缓慢增加裂纹位移力时测定均匀金属材料平面应变断裂韧度的方法。 |
GB/T 4161-2007: 金属材料 平面应变断裂韧度KIC试验方法
GB/T 4161-2007 英文名称: Metallic materials -- Determination of plane-strain fracture toughness
中华人民共和国国家标准
GB/T ４１６１-２００７
代替GB/T ４１６１-１９８４
金属材料
平面应变断裂韧度KⅠC试验方法
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
１ 范围
本标准规定了缺口预制疲劳裂纹试样在承受缓慢增加裂纹位移力时测定均匀金属材料平面应变断
裂韧度的方法。
２ 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有
的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究
是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T ８１７０ 数值修约规则
GB/T １２１６０ 单轴试验用引伸计的标定（GB/T １２１６０-２００２，idt ISO ９５１３：１９９９）
GB/T １６８２５．１ 静力单轴试验机的检验 第１部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校
准（GB/T １６８２５．１-２００２，idt ISO ７５００-１：１９９９）
GB/T ２０８３２ 金属材料 试样轴线相对于产品织构的标识（GB/T ２０８３２-２００７，ISO ３７８５-
２００６，ＩＤＴ）
３ 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
４ 符号和名称
本标准采用下列符号和名称（也可见图１、图２和图４）。
５ 试验原理
本方法使用预制疲劳裂纹试样通过增加力来测定金属材料的断裂韧度（KⅠＣ），详细的试样尺寸和
试验步骤分别由附录Ｂ和附录Ｃ给出。力与缺口张开位移可以自动记录，也可以将数据储存到计算
机。根据对试验记录的线性部分规定的偏离来确定２％最大表观裂纹扩展量所对应的力。如果认为试
验确实可靠，KⅠＣ值就可以根据这个力计算。
KⅠＣ表征了在严格拉伸力约束下有尖裂纹存在时材料的断裂抗力。这时：
ａ） 裂纹尖端附近的应力状态接近于平面应变状态。
ｂ） 裂纹尖端塑性区的尺寸比裂纹尺寸、试样厚度和裂纹前沿的韧带尺寸要足够小。
KⅠＣ值通常情况下代表了试验温度下断裂韧度的下限值。
KⅠ值小于KⅠＣ值时，循环力或持久力可引起裂纹扩展。在循环力或持久力下，裂纹扩展将由于腐
蚀介质的存在而加快。因此，应用KⅠＣ于服役部件设计时，应当考虑实验室试验条件与现场条件之间
可能存在的差异。
对于平面应变断裂韧度试验，不可能预先保证在特定试验中一定能测出有效KⅠＣ。
ａ） 直通形缺口 ｂ） 山形缺口 ｃ） 包迹
注１：裂纹起始缺口应垂直于试样表面，偏差在±２°以内，缺口宽度应在０．１W 以内，但不应小于１．６ｍｍ。
注２：对于直通形缺口试样，建议缺口根部半径最大为０．１ｍｍ，切口尖端角度最大为９０°。每个表面上的最大疲劳
裂纹扩展量至少应为０．０２５W 或１．３ｍｍ，取其较大者。
注３：对于山形缺口试样，建议缺口根部半径最大为０．０２５ｍｍ，切口尖端角度最大为９０°，A＝C，偏差应在０．０１W
以内。疲劳裂纹应在试样的两个表面上都出现。
６ 设备
６．1试验机和力值测量
试验机应按GB/T １６８２５．１进行校验，并应不低于１级。试验机应备有自动记录施加于试样上力
的装置。为了以后分析，也可以选用计算机数据存储系统记录力和位移量。允许力传感器与记录系统
组合，以便能从试验图上以±１％的精度测定力FＱ。（见第１０章）。
６．２ 疲劳裂纹的预制
如可能，应按GB/T １６８２５对疲劳试验机和力记录装置做至少２级静态标定。如试验机不能做静
态标定，则施加力的误差应不大于±２．５％。试样与试验装置的同轴性是保证直疲劳裂纹的必要条件。
试验装置的安装应使整个试样厚度上的应力分布是均匀的，以及沿预期的裂纹平面应力分布是对称的。
６．３ 引伸计
引伸计的输出应显示缺口嘴两侧精确定位的相对位移。引伸计和刀口的设计应使引伸计与刀口之
间的接触点可以自由转动。
引伸计的标定应按照GB/T １２１６０的规定进行，并且准确度等级不应低于１级。在使用引伸计期
间至少每周校准一次。最大校验周期应依使用频率和双方协议而定。
引伸计的校准应在试验温度±５℃范围之内进行。引伸计应当在位移小于０．３ｍｍ 时准确到
±０．００３ｍｍ，而之后的准确度达到±１％。
因为测量的只是引伸计位移的相对变化，所以不必测定引伸计的绝对位移值。
６．４ 试验夹具
弯曲试验应用专门设计的夹具来完成。弯曲试验夹具的设计原则为：当试样加荷时，支撑辊能够转
动和轻微地移动，因而保持滚动接触，这样可减少摩擦影响。适合弯曲试样的夹具设计如图Ｄ．１所示。
紧凑拉伸试样试验的加荷Ｕ形钩如图Ｄ．２所示。
７ 试样的尺寸、形状和制备
７．１ 试样尺寸
按照本方法，只有试样厚度（B）和裂纹长度（犪）以及韧带尺寸（W-犪）均满足公式（１）、公式（２）和公
式（３）时，试验结果才认为是有效的。由于不能提前保证满足这种要求，因此，最初试验采用的试样尺寸
应该是保守的。如果材料的形状不能同时满足公式（１）、公式（２）和公式（３）的要求时，则不能按照本方
法进行有效的KⅠＣ测定。
７．２ 推荐试样的比例尺寸
７．２．１ 推荐试样
推荐试样如图Ｂ．１和Ｃ．１所示。宽度（W）通常是厚度（B）的两倍。裂纹长度在０．４５W～０．５５W
之间。
７．２．２ 选择试样的比例尺寸
在某些情况下可能要采用比值W／B不等于２的试样，因此，允许选择试样的比例尺寸（见附录Ｂ
或附录Ｃ）。这些所选择的比例试样应有与推荐试样相同的裂纹长度与宽度之比值。
７．２．３ 选择试样的形状
先经过协商来选择试样的形状，与此有关的分析方法，可以采用ISO 成员国认可的KⅠＣ试验国家
标准，包括沿用J积分或ＣＴＯＤ性能测定KⅠＣ的这些标准。Ｃ形拉伸试样和圆形紧凑拉伸试样也可以
使用，详见附录Ｅ和附录Ｆ。
７．２．４ 疲劳裂纹起始缺口
两种疲劳裂纹起始缺口形状分别如图２ａ和图２ｂ所示。建议直通形Ｖ形缺口的根部半径应不大
于０．１ｍｍ。如果采用山形缺口，缺口根部半径应不大于０．２５ｍｍ。缺口制备方法可以自由决定。起
始缺口（包括疲劳裂纹）须位于如图２ｃ（见附录Ａ）所示的包迹线内。
两种安装引伸计的刀口如图３所示。
７．３ 试样的准备与疲劳预裂纹
７．３．１ 材料条件
所有试样要在完成最终热处理、机加工和试验环境温度调节之后才能进行试验。通常也可以在最
终状态加工试样。然而，对不能以最终状态加工的材料，也可以在加工成所需要的试样尺寸后再进行最
终处理。但试样的尺寸公差、形状和表面粗糙度应满足要求（见图Ｂ．１和Ｃ．１）。热处理例如钢的水淬
等冶金条件对试样尺寸可能有影响。
７．３．２ 裂纹平面取向
材料的断裂韧度通常取决于与金属加工、晶粒流动的主方向或与产品组织相关的裂纹扩展的取向。
裂纹平面的取向应在加工成试样之前决定（见７．３．３），与规定的坐标系一致（见３．３），并做好标记（见第
１１章）。
７．３．３ 机加工
试样的尺寸、形状、尺寸公差和表面粗糙度分别见图Ｂ．１和图Ｃ．１。
７．３．４ 疲劳预裂纹
疲劳预裂纹通常是用经过最终热处理、机加工或环境温度调节后可以投入试验的试样在室温下进
行。不同的疲劳预裂纹温度和疲劳预裂纹与试验之间热的／机械的／环境处理只是在模拟特殊结构的应
用条件时才采用这种必要处理，且要求试样的尺寸、形状以及尺寸公差要保持不变。这样的疲劳预裂纹
应按附录Ａ的要求完成。
８ 试验程序
８．１ 试样测量
沿着预期的裂纹扩展线，至少在３个等间隔位置上测量厚度（B），准确到０．０２５ｍｍ或０．１％，以较
大者为准。取这３次测量的平均值作为厚度。
在靠近缺口处至少３个点测量宽度（W），准确到０．０２５ｍｍ或０．１％，以较大者为准。取这３次测
量的平均值作为宽度W。对紧凑拉伸试样，以加荷中心孔线所在的平面为起点测量宽度。
试样断裂后，在B／２、B／４和３B／４的位置上测量裂纹长度（犪），准确到０．０５ｍｍ或０．５％，取其大
者。取３个位置测量的平均值作为裂纹长度。３个裂纹长度值的任意２个的差值应不超过平均值
的１０％。
对直通形起始缺口，裂纹前缘的任何部位到起始缺口的最小距离均不应小于１．３ｍｍ或０．０２５W
以较大者为准。试样表面的裂纹长度也要测量。两个表面上裂纹长度的测量值与平均裂纹长度之差均
不应大于１５％，且这两个表面测量值之差不应超过平均裂纹长度的１０％。对于山形缺口，疲劳裂纹应
从试样两个表面的山形缺口产生，两个表面上裂纹长度的测量值与平均裂纹长度之差不应超过平均裂
纹长度的１０％。
试样断裂后，裂纹面与起始缺口面平行，偏差在±１０°以内，且没有明显的多条裂纹（多于一条裂纹）。
８．２ 试样的试验温度
非室温条件下的断裂韧度试验，应该控制和记录试样试验温度，控温精度±２℃。为了达到此目的，
可以借助热电偶或铂电阻，并将其与试样裂纹尖端５ｍｍ以内的区域接触。试验应当在就近合适的低
温或高温介质中进行。在液体介质中进行试验之前，在试样表面达到试验温度之后，在冷却液中试样按
至少每毫米厚度保持３０ｓ确定。当使用气体介质时，浸泡时间按每毫米厚度至少６０ｓ来确定。在试验
温度下的最少浸泡时间为１５ｍｉｎ。试样温度在整个试验过程要保持在名义试验温度的±２℃之内，并
且应按照１１章ｄ条的要求记录。
８．３ 弯曲试样的支座测量
弯曲试样支座成一线，以使加载线通过两个支撑轨中心距的中点，偏差在两个支撑轨中心距（S）的
１％以内。同时，试样应与支撑轨垂直，偏差在±２°以内。测量跨距（S），准确到公称长度的±０．５％。
８．４ 断口形貌观察
应注明每个试样的断口形貌特征，典型断口的形貌如图５所示。对（ａ）型或（ｂ）型断口，应在裂纹顶
（ｃ）型断口为全斜断口。
９ 试验步骤
如果采用记录仪，应调整好记录仪的放大比例，使记录的力-位移曲线线性部分的斜率在０．８５～
１．１５之间。如果选择计算机数据采集系统，必须编制程序采集足够的数据按照第１０章计算。两种情况
下，都必须满足６．１的要求。
试样加载速率应该使应力强度因子增加的速率在０．５ＭＰａｍ１／２／ｓ～３．０ＭＰａｍ１／２／ｓ范围内。试验
一直进行到试样所受力不再增加为止。标记和记录下最大力（Fｍａｘ）。
１０ 试验结果的计算与解释
如果采用记录仪，确定条件值FＱ 的方法如下：在试验记录上，通过原点画一条斜率为（F／犞）５＝
０．９５（F／犞）０的割线OF５（见图４），其中（F／犞）０ 是记录的线性部分切线OA的斜率。然后按下面的方法
确定力FＱ，如果在F５ 之前，记录曲线上每一个点的力均低于F５（Ⅰ型），则取FＱ＝F５；然而，如果在F５
之前还有一个最大力超过F５（Ⅱ型或Ⅲ型），则取这个......
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相关标准: GB/T 4340.1|GB/T 7997|GB/T 4337|GB/T 2039|GB/T 4161-2007|GB/T 4161|