HB 5279-1984 金属板材表面裂纹断裂韧性试验方法.pdf

1、中华人民共和国航空工业部部标准HB 5279 - 84 法本标准适用于具有半椭圆表团裂纹的矩形截面拉伸试样、在空温(25士10C )和大气环境下测定金属板材及其材料的表面裂纹断裂韧性bl 符号和定义Ll 符号KI一一应力强度因子，K1C一一材料的表面裂纹断裂韧性，KCB一一-某一厚度板材的表面裂纹断裂韧性，K 表面裂纹条件断裂韧性，K 应力强度因子速率，a一一裂纹深度，Aa一一裂纹扩展量，2C一一裂纹妖度，B一一试样厚度，W一一试样宽度，I一一试样有效长度，( B a )一一-试样韧带尺寸，ao一一人造裂纹源深度，2Co一一人造裂纹源长度，M一一-前后表面总的修正系数;一一第二类完全椭圆积分，

2、V一一-表面裂纹中心处裂纹咀张开位移，PQ一一条件载荷，航空工业部发布六二一研究所提出kgf/nmflZ嘈kgf/nml川嘈kgf/nm13C: kgf/nllu3i2嘈kgf/mm3!2/分;mm噜lllill : nun; 111m: nU11 ; lnEI, mm吨mm啕nun: , 1 3 1 1 n kgf: 1984年5月1日实施六二一研究所起草西北工业大学224 HB 5279-84 Pm-最大拉伸载荷，R一-一预制疲劳裂纹时循环载荷的最小值与最大庄之比;Ptm叫一一循环载荷的最大值，Ptmm)一一循环载荷的最小值，一一计算应力，02 条件屈服强度，r 剩余强度，1.2定义k且f

3、:k皇5:kgf; kgf/mm : KUhmz: kg盯mm2:1 .2. 1 应力强度|到子K1一一裂纹体承受I型(张开型)载荷时，裂纹前缘附近区域弹性应)J场强度的度量。1.2.2 材料的表面裂纹断裂韧性也c-一-表面裂纹试样承受连续增加的静载荷，裂纹前缘处于平丽应变状态下，所测得的应力强度因子凡的临界值，它是与板材厚度无关的材料常数。1.2.3 某厚度板材的表团裂纹断裂韧性K1cB一一-某厚度板材的表面裂纹应力强度因子K1 临界值。何以日:1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 K1c . 3系指厚度B3毫米板材的表面裂纹断裂韧性.表面裂纹条件断裂韧性KQ一一用条件载荷PQ计算

4、的应力强度因子K1值.剩余强度。r一一最大拉伸载荷与试样横截面面积之l宅，裂纹浓度a一一表面裂纹前缘最深点到试样前表面的距离。裂纹长度2C一一表团裂纹前缘与试样表面相交两点间的距离。2 试样2.1 试样形状和尺寸2.1.1 试样形状和尺寸见图l和图2，一般WIB6-10, 11W二1.5-2. 对j二K1cB/0.21.7的板材，WIB9. R F斗BL 图l表面裂纹试样225 HB 5279-84 一IO.OOlLv= k一一一一一一-.L 1I1.(lA - 35 式中S为试样的跨距。(S值可根据试样及设备情况自行选取，但对同组试样应取相同值。)2. 3.2 预制疲劳裂纹可分为引发疲劳裂纹

5、和裂纹扩展两个阶段。2, 3, 2, 1 号|发疲劳裂纹阶段:对于K1cBI0.21. 7 的饭材取K 227 HB 5279-84 17的板材取k 1.7的板材试样，2C 1.7的试样，P_= ( 0.8 - 1.2 ) 60.2BW . 4.2.3 .2 在(0.2 - 0.3 ) 602范围内，对试样反复加载2-3次，并检查和调整下列参数:(a)P-V曲线的倾斜角最好在450 _ 600之间。(b) P-V曲线至少应占记录纸幅面的112回229 HB 5279-84 4.2.4 般可选择K300-500公斤力毫米312分对试样连续加载至断裂。同时记录P-V曲线、最大拉伸载荷、试验温度和相

6、对湿度.为使位移汁不受损坏，可在试样断裂前将其取下.4.3 测量裂纹尺寸在工具显微镜下测量裂纹深度a和裂纹长度2C，测量精度不低于0.02毫米。4.4 断口形貌观察检查每个试样的断口形貌特征、剪切边宽度及平断口面积百分数.5 试验结果处理5.1 试样断裂后有下列情况之一者，则试样应予报废:( a )裂纹形状明显不规则或不对称.( b )半椭圆裂纹短轴与试样截面中心线间的偏差大于I%W.( c )裂纹面与试样横截面的偏斜大于100 5.2 KQ的计算按下式计算K6KQ =子而式中:6=PdBW; 0.89 孔1=113-0.09(一)+ ( -0.54+一一一一-，) c 0.2 +% 协c:-

7、:-1-;c+川-主)叫l旦)4;0.65+ % 中2= 1 + 1.464 (旦)165.C M/中数值见附录B.5.3 条件载荷PQ的确定5.3 .1 试验可能出现图6所示的三种典型的P-V曲线。5.3 .2 按下列方法确定PQ:(旦)+ B 在P-V曲线图上，通过原点0作割线00，割线00的斜率比初始切线OA的斜率降低15%，并与P一V曲线相交于F点，与F点相对应的载荷为P15当P15以前曲线所对应的Pmax(或P，)大于或等于Pl5时，(图6中曲线I或II) ，则PQ=P(或P，) ;当Pl5以前的曲线上任意点所对应的载荷均低二fP15日才(图6中曲线1II) ，则PQ=PI5自一般来

8、说，Pj气对应于裂纹的条件启裂。注(1 ) 对初次试验的材料，为了提高测试结果精度，以确切判断材料在PQ时的条件启裂量固检查试样加载至P时的裂纹真实扩展量a，然后作如下处理( a )如测得LIa=0.05-0.1毫米，则取PQ=P ( b )如视l得LIa0.1毫米，则在P-V曲线图上，使割线OD的斜率比切线OA的斜率低10%同并与PV曲线相交于F点，与F相对应的载荷为PlO.取PQ-PIO 注(2):6.为沿裂纹对称轴线及其两侧CI10处三个位置的裂纹真实扩展量的平均值-5.3.3 PIPQ 05(KQ/602)2.0.45 aIB 0.55 5.5 计算剩余强度6，试样的剩余强度按下式计算

9、:6,=Pm.JBW. 6. K，o的确定用不同厚度的板材测定K1CB然后作KoB-B曲线，当所得的K1cB不自直板材厚度变化时，即为材料K，o值.7 试验报告试验报告应包括下列内容:231 HB 5279-84 7.1 材料名称、规格、炉批号、产地、化学成分、热处理状态.7.2 机械性能:6b、602、1 7.3 试样取向.7.4 试样尺寸.厚度B、宽度W、有效长度1 7.5 裂纹尺寸裂纹深度a、裂纹长度2c.7.6 预制疲劳裂纹规范裂纹扩展阶段的最大循环载荷Pfma.飞和R.7.7 最大拉伸载荷P和条件载荷PQ7.8 位移计和初始标距。7.9 断裂试验条件:试验温度、相对湿度、应力强度因子

10、速率。7.10 有关计算:Pm，/PQ、6、6/60.2、岛、a/6Kq/602、(B-a )/ ( Kd602) 2、a/B、a/C和仇。232 7.11 K陆、KJo值及其平均值.7.12 断口形貌。HB 5279-84 附录A弓形夹式位移i十弓形夹式位移计(见附图)采用厚度为0.5毫米的磷锡青铜)4弯曲成弓形，在其上下表面各贴一或两片电阻应变片，组成半桥或全桥，位移i十两腿用螺钉各固定一根钢针.1、钢针，2、螺钉，3、支承块，4、弹性元件，5、应变片5 4 3 2 l 10 20 弹性元件仔岸 7 支承块e、， 233 附录BM/中且表需=a/B a/C 兰兰0.400 0.410 0.

11、420 0.430 0.440 0.450 0.460 0.470 0.480 0.490 0.500 0.400 1. 0724 1.0780 1.0836 1.0894 1. 0952 Ll012 Ll071 Ll 132 1. 1193 Ll255 Ll317 0.410 1.0650 1.0684 1.0739 1.0795 1. 0852 1.0909 1.0967 Ll025 1.1084 Ll144 Ll204 。4201.0538 1.0591 1.0644 1.0698 1.07当31.0808 1. 0864 1. 0921 1. 0978 1.1 036 1.1094 。

12、4301.0447 1.0498 1.0550 1.0602 1. 0655 1.0709 1.0763 1.0818 1. 0873 1. 0929 1.0985 0.440 1.0358 1.0407 1. 0457 1. 0508 1. 0559 1.0611 1.0664 1.0717 1. 0770 1.0825 1. 0879 0.450 1.0270 1. 0318 1. 0366 1. 0415 1. 0465 1.0515 1.0566 1. 0618 1. 0669 1. 0722 1. 0775 0.460 1.0183 1. 0229 1. 0276 1. 0324 1

13、. 0372 1. 0421 1.0470 1. 0520 1. 0570 1.0621 1. 0672 0.470 1.0098 1. 0412 1.0188 1. 0234 1. 0281 1.0328 1. 0376 1. 0424 1. 0473 1.0522 1. 0571 0.480 1.0013 1. 0057 1. 0101 1. 0145 1. 0191 1. 0236 1. 0283 1. 0329 1. 0377 1.0424 1. 0472 0.490 0.9930 0.9972 1. 0015 1.0058 1.0102 1. 0416 1. 0191 1. 0236

14、 1. 0282 1.0328 1.0375 0.500 0.9848 0.9889 0.9930 0.9972 1. 0015 1. 0058 1. 0101 0.9145 1.0189 1.0234 1. 0279 0.5 10 0.9767 0.9807 0.9847 0.9887 0.9929 0.9970 1. 0012 0.9055 1.0098 1.0141 1. 0185 0.520 0.9687 0.9725 0.9764 0.9804 0.9844 0.9884 0.9925 0.9966 1.0008 1. 0050 1.0092 0.530 0.9608 0.9645

15、0.9683 0.9721 0.9760 0.9799 。9839。98790.9919 0.9960 1.0001 0.540 0.9530 0.9567 0.9603 0.9640 0.9678 0.9716 0.9754 0.9793 0.9832 0.9871 0.9911 0.550 0.9454 0.9489 。95240.9560 0.9597 0.9633 0.9671 0.9708 0.9746 0.9784 0.9823 0.560 0.9378 0.9412 0.9446 0.9481 0.9517 0.9552 0.9588 0.9625 0.9662 0.9699 。

16、97560.570 0.9303 0.9336 0.9370 0.9403 0.9438 0.9472 0.9507 0.9543 0.9578 0.9614 0.9650 0.580 0.9229 。92610.9294 0.9327 0.9360 0.9393 0.9427 0.9462 0.9496 0.9531 0.9566 0.590 0.9157 0.9188 0.9219 0.9251 0.9283 0.9316 0.9349 0.9382 0.9415 0.9449 。94830.600 0.9085 0.9115 0.9145 0.9176 0.9207 0.9239 0.9

17、271 0.9303 0.9336 0.9368 0.9401 HB 5279-84 M/中值表(续)a/B aiC 0.500 0.510 0.520 0.530 0.540 0.550 0.5 60 0.570 0.580 0.590 0.600 0.400 1.1317 1.1379 1.1442 1.1506 1.1569 1.1633 1.1 697 1.1 762 1.1 826 1.1 891 1.1955 0.410 1.1204 1.1265 1.1326 1.1387 1.1448 1.1 510 1.1 572 1.1634 1.1 697 1.1759 1.1 821

18、0.420 1.1094 1.1 152 1.1211 1.1271 1. 1330 1.1390 1.1450 1.1 510 1.1 570 1.1 630 1.1 691 0.430 1.0985 1.1042 1.1 099 1.1 156 1.1214 1.1272 1.1330 1.1388 1.1446 1.1505 1.1 563 0.440 1.0879 1.0934 1.0989 1.1045 1.1 100 1.1 156 1.1212 1.1 269 1.1 325 1.1381 1.1438 0.450 1. 0775 1.0828 10881 10935 1. 09

19、89 1.1043 1.1097 1.1 152 1.1206 1.1261 1.1 315 0.460 0.0672 1.0723 10775 10827 1.0879 1. 0932 1.0984 1.1 037 1.1090 1.1 142 1.1 195 0.470 1.0571 10621 10671 10721 10772 1.0823 1.0874 1.0925 1.0976 1.1027 1.1 077 0.480 10472 10520 10569 1.0618 1.0667 1.0716 1.0765 1.0814 1.0864 1.0913 1.0962 0.490 1.

20、0375 10421 1.0468 1.0516 1.0563 1. 0611 1.0658 1.0706 1.0754 1.0802 10849 0.500 10279 10324 1.0370 10415 10461 10507 10554 10600 10646 10692 10739 0.510 10185 1.0229 1. 0273 10317 10362 10406 10451 10496 10540 10585 1.0630 0.520 10092 1.0135 10177 10220 10263 10307 10350 10393 10437 10480 1.0523 0.5

21、30 1.0001 10042 10084 10125 1.0167 1.0209 1.0257 1.0293 1.0335 1.0377 1.0419 0.540 0.9911 0.9951 0.9991 10032 10072 10113 10153 10194 10235 10275 10316 0.550 0.9823 0.9862 0.9901 0.9940 0.9979 1. 0018 1.0058 1.0097 10136 10176 10215 0.560 0.9736 0.9773 0.9811 0.9849 0.9887 0.9925 0.9963 1.0002 1.004

22、0 1. 0078 10116 0.570 0.9650 0.9687 0.9723 0.9760 0.9797 0.9834 0.9871 0.9908 0.9945 0.9982 10019 。当800.9566 0.9601 0.9637 0.9672 0.9708 0.9744 0.9780 0.9816 0.98当20.9887 0.9923 0.590 0.9483 0.9517 0.9552 0.9586 0.9621 0.9656 0.9690 0.9725 0.9760 0.9795 0.9829 0.600 0.9401 0.9435 0.9648 0.9501 0.953

23、5 0.9569 0.9602 0.9636 0.9670 0.9703 0.9737 225 附录C力、应力、应力强度因子公制单位和国际单位换算表.Ikgf (公斤力)=9.80刑(牛顿)IN (牛顿)=0.1 02kgf (公斤力)Ikgf/nun2 (公斤力/毫米2) =9.807MNIM2 (兆牛顿/米2) IMNIM2 (兆牛顿/米2)=0.102kgf!mm2 (公斤力/毫米2) Ikgf/nm严(公斤力/毫米3尼)=1.310刷刷3/2(兆牛顿/米3/2) =0.310MPa . M3/2刊刨自/米312) lMPa . M犯(兆帕/米3/2) =3.225kgf/nun3尼(公斤力/毫米312)