1、中华人民共和国第三机械工业部部标HB5142-80 北京1 9 e 0 中华人民共和金1 . 使用范围材料平标准三机械工业标准应变断裂方法性本标准规定的试验方法适用于在室温(250C士10C)条件下用厚度呈6毫米的三点弯曲试样或紧凑拉伸试样测定金属和合金材料的平面应变断裂拥性K1 C。当需要在高、低温条件下进行K测试时，也可以参考本标准。2. 术语、定义及符号2.1 应力强度因子K是指线蝉性介质中，理想裂纹承受I型张开型载荷时，裂纹尖端附近区城应力场强度的度量。K，正比于外加载荷，并与试样的几何形状、尺寸和裂纹长度有关。2.2 平面应变断裂韧性KI C I是对应于平面应变条件下，在连续增加的静
2、载作用下，裂纹临界点处的K，值。它表征材料抵抗裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的一个指标。K 与试验温度和加载速率有关。本标准中KIo是由初始的有效裂纹长度a(参看2.7)和临界点处载荷见第6.1)计算得的。2.3 应力强度因子速率K为每单位时间凡的增加量。2.4 应力强度因子系数y，是应力强度因子公式中与加载形式、儿何形状有关的系数。对特定的试样尺寸，需经应力分析或标定求得。2.5 疲劳应力强度因子Kr:由疲劳载荷在裂纹尖端附近区域引起的应力强度因子。2.6 疲劳应力比R，是予制疲劳裂纹时所施加的交变载荷最小值与最大值之比。2.7 裂纹长度a，是机加工缺口长度与疲劳裂纹长度之和。2.8 本
3、试验中采用的符号及单位如下zW 弯曲试样宽度或紧凑拉伸试样有效宽度。B一一试样厚度。S一一弯曲试验跨度。L一一三点弯曲试样总长QN一一缺口宽度。a，-一加工缺口长度a，牛一疲劳裂纹长度第三机械工业部发布三机部六二-所提出1 i 0年10月1日费施北束航蜜华鹏六二-所趣.毫米B毫米，毫米，毫米，毫米，毫米，毫米，l 共16页第2页HB51U-O a一一有效裂纹长度C、D、H、F一-紧凑拉伸试样的其它尺寸K，-一应力强度因子K一一平而应变断裂韧性毫米，毫米，12L2 米米毫毫,II 力力斤斤公公K。一K的条件值公斤力/毫米., 公斤力/毫米g，公斤力/毫米+/分，K，-疲劳强度因子K-一应力强度因
4、子速中R一一疲劳应力比。.，-一条件屈服强度E一一弹性模量P一一试验载荷V一一位移计反应的裂纹咀张开位移P，一一第6.1条所述P的特征值P。一一第6.1条所述P的特征值p .s-一试样承受的最大载荷值P，-予制疲劳裂纹最后阶段所用交变载荷的最大值YYY3一一三点弯曲试样应力强度因子系数。Y一一紧凑拉伸试样的应力强度因子系数。a. 试串串尺寸及制备3.1 进行平面应变断裂韧性试验可采用下列主要类型的试样g3. 1.1 标准试样3. 1.1.1 三点弯曲标准试样(日:W:S=1:2:8)如图1所示g公斤力/毫米，, 公斤力/毫米公斤力，毫米，公斤力，公斤力，公斤力，公斤力，切Lll唱裂钱包迹(见图
5、6) B-告飞N:t0 .olow 、tbmo。.2W+s(最小)!2W+S(最小)L 。+民图1三点弯曲标准试样注z由A面要相互垂直或平行，总15:度的先许偏差应小于O.OOlWo型纹引发口应垂直于试件最重和厚度方向，偏;在在士2内.2 页3第共16页8H614Z一表1推荐的三点弯曲标准试梓尺寸序号B W 。.001WN . ao L 1 6.5 lm0635 72 0.013 1. 5 2 10 l20土0.10I 6.0 100 0.02 1. 5 3 15 i 30士0.151 11 140 0.03 2.0 一一4 20 40士0.2015 180 。.042.5 25 3.0 5
6、50+0.25 20 220 0.05 6 30 60+0.30 25 260 0.06 4.0 7 40 80十0.4035 340 0.08 5.0 8 50 100士。.5044 420 0.10 6.0 I 150+0.60 75 70 630 0.15 9.0 9| 10 100 20咀土0.6092 840 。.2012.0 紧凑拉伸试样(W/B2)如图2所示推荐的紧凑拉伸试样尺寸见表2，3. 1.1.2 O.l%W 。悻由导气。比咱兰的。.。刊phHd- - -a , 挚的。料毛.。工且=告W土o.010W W:!: o. oosW 一一一C1. 25W士。.OlW紧凑拉伸试样图
7、2性，裂纹5121;口的端部和试样两个侧表面的主点对于试样上、下边璋的距离应榈捍.fki牛偏靠在O.005W以内.3 HB量1，42一第4页共16页非标准试样3. 1.2 允许苦1 对于三点弯曲试样，当材料毛坯不宜于制成1=2的试样时，3. 1.2.1 其它尺寸均应符合上述标准试样要求。4。表2推荐的紧凑拉仲试样各部位尺寸二1-5 C a, 37.5 D W B 国亏序7.5+1101 40+0.20 30:0.15 15 20 1 2 62.5 20 N.5+0.18 5主。. 3 25 75 125 l E5;jLL !m.0叫. 1二千E|775令o S 4 200.0.60 I 4&
8、10串o 5 1) 30 1-25 企181.5 250 % 70 5Q .O+OoS4 50 100 75 5 Sl 7 序号H F 0.005W 0.002W N 1 18 ,. 8.250015 0.15 0.06 2.0 2 24.2日11. 00 ,. 0.20 I 0.08 2.5 3 300.25 13.75 1125 0.25 0.10 3.0 36日. 16.55. 0.30 0.12 4.0 4 D 60-0.40 27.50tO40 0.50 0.20 6.5 6 !l0日. 41.，25. 0.75 。.309.0 1. 00 7 120 ，.。55.00 ,., 0.
9、40 12.0 可采用言3或3.5的当材料毛坯不能制成;=4的标准三点弯曲试样时，3. 1.2.: 试验报告申a的确定有两种方法z, v、z按照公式B.a二三2.5(FiL估算试样厚度、11. 2; , 但其它尺寸均应符合上述标准三点弯酶试样要求。短跨距非标准三点弯曲试样，应注明试样主要尺寸。试样尺寸B、a的选择s为了保证获得有效的K值，试样尺寸B、根据材料的K估计值和。. 3.2 3.2.1 4 HB刷4Z-8共16页第5页应把K值估计的高一些，以确保最初采用的试样有足够的厚度。真后，可根据测得的K 值将试样尺寸适当缩小。如果在试验中出现试样厚度不足的情况，则应将试样厚度增加至原厚度的1.5
10、倍，重新进行试验，直到能获得有效的K值为止。3.2.2 根据材料的叫.，和E的比值来确定B、a值，除某些韧性极高的材料外，可采用表3所推荐的尺寸。但这样确定的尺寸通常偏大。表3O. 0043!0. 0050 0.0057 0.0062 0.0065 0.0068 0.0071 。.00750.0080 0.0085 . , 0.01 E 0.0050,0.0057 。.00620.0065 。.00680.0071 0.0075 。.00800.0085 0.010 3.3 试样取向金属材料断裂韧性与试样裂绽面的取向及裂纹扩展方向有关，特别是大型锻件尤为显著。在试验中所用试样必须注明取样方向，
11、为Jlt做如下规定B3.3.1 材科为矩形截面件的情况，如从锻造、轧制、挤压板件中取试样时，试样取向的标记方法如图3和图4所示。图3为矩形截面标准断裂平面的识别，图4为矩形截面非标准断裂平面的识别。当试样的取向用两个字母表示时(如图3)第一个字母表示裂纹面的法线方向，第二个字母表示裂纹扩展方向，例如，T-L表示裂纹面的法线方向为横向，予期的裂纹扩展方向为纵向。3-司44凸川r-urJKVJKV方一方方方度干轧造压长一辑锻挤YF 二L 厚度方向因3矩形截面材料试样取向标记t-b图中L为撒向.T)j横向.S;Y高向.当试样的取向用三个字母表示时(如图4)表示试样与市1)件轮廓线间有倾斜角度，例如，
12、L-S表示裂纹面法线方向为纵向，予期的裂纹扩展方向在T和S方向之间，又如TS-L表示裂纹面法线方向在T和5方向之间，予期裂纹扩展方向为纵向。3.3.2 材料为园柱形件的情况z试样取向的标记方法如图5所示，因中L为纵向，R 图4矩形截面材料试样取向标记25毫米时，K0.065W。缺口根部半径r0.08毫米。3.5.2 山形缺口g缺口N些，根部半径r yyy: =ILc-B-wa 2.66 S 对紧凑拉伸试样1. 10 r _ .! =一一一一.K，BW9.6 5.1.4 夹具与试样的安装H85Ut- 5. 1.4.1 弯曲试验g安装弯曲试验底座，要求加载压头与两支承辍平行，偏差在2.以内两支承辘
13、轴线间距离(即跨距要求偏差不大于1%。加载压头应位于跨距中决，偏差不大予1%s.安装试样使裂纹与压头加载线对正，偏差不超过1%S.并使试样与支承辘垂直偏差在2。以内。5. 1. 4.2 紧凑拉伸试验z在安装U形夹具和试样时，必须保证上下加载杆中心线重合，以及试样加载孔中心连线与加载线重合，偏差不超过0.75毫米。孔中可加适量二硫化锢，以减小摩擦。M 注.销钉直径=O.24W_.w5.2 预备性试验图11紧凑拉伸试验用夹具- ._-o -为保证断裂试验的正确性，可以先施加去至专_pm.载荷，以检奇和调正下列参数。5.2.1 P-V曲线的初始倾斜角应在40.至65。之间。1。，I0.55W，( 5
14、 ) 疲劳裂纹面与缺口中心面的最大偏角大于10.。6. 试验结果的处理及计算6.1 试验可能出现图12所示三种典型的P一-v曲线。P 图12载荷-一位移记录典型曲线按:F列方法确定P过原点O引P-V曲线初始直线段延线OA，V 过原点。作割线，使其斜率低于OA直线斜率5%，并与P-V曲线交于P，, 11 共16页第12页H8ItCZ-lO 当P，以前曲线上任意点的载荷均低于p，时i!ljP，= P如图12曲线1J 当p，以前曲线对应的最大载荷超过或等于民，则取P.前最大载荷为凡，如图12II , 。6.2 K计算6 .2.1 验证p./P，之比值应1.1，否则试验无效。6.2.2 计算K，标准三
15、点弯曲试样K.=_P, S_ y，飞。-B-w;气Wl噜、 , AV -样-aw试J叶飞曲儿弯点们二U准L标r-ZA毯，、f表阳a-w川机斗，1数S-WY其对sec;4VtM捋K. =P,. y , ( 。自-JE.wl y ,(;)= (1. 862+0.875( - 0.475)J Sec蒜dtM蒜其数值见表5对=30的非标准三点弯曲试样K.= P，. y , ( 。-E币:3、wly，(品)=(1.839-1，1(w -0.465) J Se 击Jtan持其数值见表6对紧凑拉伸试样K,= P，Y4l二B W巾，Y(W)=29.6(;); ms(ZF 5.7 (w) -1017(;) +
16、63.9时其数值见表76.2.3 检验K。的有效性K，满足g(1) K,一-一13 9.5土U的1 x 45 i!l 14 双悬臂夹式位移计的。制盯17 共2页第2页弹簧片应选择。.，(E比值较高，重量较轻的材料，最好是固溶状态的13V一llGr3Al钦合金。也可以采用60Si，Mn，18Ni马氏体时效钢。对位移计的线性范围必须进行标定。在有必要调整位移计的参数时，呵以改变隔离块的高度，弹簧片的长度或厚度。附豪Z力、应力、成为场强园子公制单位和国际单位换算费lKgf(公斤力)= 9.807 N (牛顿)1 N (牛顿)= 0.102Kgf (公斤力)lKgf/mm 2 (公斤力/毫米)=9.807MN/m(兆牛顿/米，) lMN/m(兆牛顿/米)=0.102Kgf/mm (公斤力/毫米2) lKgf/mm/(公斤力/毫米/)=O.310MN/m/ (兆牛顿/米/二= O.310MPa m / (兆帕，米，/ ) lMPa. m/(兆帕，米/)=3.22SKgf/mm/ (公斤力/毫米:)/ t ) 1 8
