GBT24522-2009金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的.pdf 39页

'ICS77．040．10H22蝠目中华人民共和国国家标准GB／T24522--2009／IS022889：2007金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的试验方法Metallicmaterials--Methodoftestforthedeterminationofresistancetostablecrackextensionusingspecimensoflowconstraint2009-10-30发布(ISO22889：2007，IDT)2010—05—01实施宰瞀职鬻瓣訾糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会促1” 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／IS022889；2007目次前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯·-引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-·1范围⋯⋯⋯⋯⋯······⋯··⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·2规范性引用文件⋯⋯⋯····⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3术语和定义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯·⋯····⋯·4符号和说明⋯·⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5．1绪言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5．2试样⋯⋯···⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5．3试验前的要求⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5．4试验设备⋯⋯⋯⋯··⋯····⋯··⋯⋯·⋯·⋯⋯⋯⋯⋯5．5试验要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯···⋯一5．6试验后裂纹测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···⋯⋯··⋯⋯·6晚一n阻力曲线和CTOA的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6．1总ⅢⅡ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···⋯···⋯·⋯⋯⋯⋯·-6．2试验步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···⋯··⋯⋯⋯⋯-6．3R曲线图···⋯·⋯·⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯·6．4临界CTOA的测定⋯···⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7试验报告⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···⋯···⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··7．1通则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯··7．2试样、材料和试验环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯··7．3试验数据的有效性判定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯·7．4晚一n曲线的判定···⋯·····⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7．5吼的判定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···⋯··⋯⋯⋯·附录A(资料性附录)试验报告实例⋯⋯⋯⋯·⋯·⋯⋯·附录B(资料性附录)测量裂纹尖端张开位移诧的装置附录c(资料性附录)裂纹尖端张开角雪的测量⋯⋯附录D(资料性附录)断裂韧度特征值的测定⋯⋯⋯⋯工Ⅱ●，，2o4o，8地坫坫坫¨"培MM¨加加龃孙卯H www.bzfxw.com刖昌GB／T24522--2009／IS022889：2007本标准等同采用国际标准ISO22889：2007《金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的试验方法》(英文版)。为了便于使用，本标准做了下列编辑性修改：——“本国际标准”一词改为“本标准”；——用小数点“．”代替作为小数点的逗号“，”；——删除了国际标准的前言；——引用文件按对应的国家标准作了更改；——删除了国际标准的参考文献；——对图4的子图的次序进行了重新编排；——附录C．3的章节次序进行了重新编排。本标准的附录A、附录B、附录c和附录D为资料性附录。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会归口。本标准起草单位：武汉钢铁(集团)公司、中国石油大学、中国石油天然气集团公司管材研究所。本标准主要起草人：李荣锋、邱保文、陈士华、李书瑞、涂应宏、帅健、庄传晶。 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／IS022889：2007引言21143采用紧凑拉伸试样和三点弯曲试样测定稳态或失稳裂纹扩展起始点的特定断裂韧度，并且测定稳态裂纹扩展阻力。由于这些试样类型具有近方形剩余韧带，而维持裂纹尖端处于高约束状态。如果尺寸要求得到满足，由此测定的Km、瓯m、J”BL对尺寸不敏感，并被认为是断裂韧度下限值。尽管没有明显说明，其裂纹扩展阻力曲线(R曲线)同样对尺寸不敏感。工程实践过程中，有些情况不能被GB／T21143所覆盖，例如：——试样厚度远低于采用GB／T21143测定尺寸不敏感性断裂性能的试样厚度要求；——可用的材料厚度不能保证经加工的试样满足尺寸不敏感性判据；——结构件的受力状态是拉伸而不是弯曲。这些情况下结构件的拘束状态比GB／T21143中规定试样的低，因此基于GB／T21143的试验结果会导致过低预测结构件的裂纹扩展阻力和承载能力。Ⅱ www.bzfxw.comGB／T24522--2009／ISO22889：2007金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的试验方法1范围本标准规定了均匀金属材料低拘束裂纹体试样塑性变形在承受准静态加载时稳定裂纹扩展阻力晚和虢的测定方法。紧凑拉伸试样和中心裂纹拉伸试样有缺口，采用疲劳的方法预制裂纹，在缓慢增加位移量的条件下进行试验。本标准描述的试验方法涵盖那些不满足断裂性能尺寸不敏感的试样，例如尺寸相对单薄的紧凑拉伸试样和中心裂纹拉伸试样。本标准给出了测定裂纹扩展阻力曲线(R一曲线)的方法。按照GB／T21143测定紧凑拉伸试样断裂韧度特征值，中心裂纹拉伸试样断裂韧度特征值的测定方法在附录D中给出。裂纹扩展阻力的测定可以使用多试样法和单试样法。多试样法要求各名义上相同的试样加载一定程度的位移。韧性裂纹扩展量予以标记，随后打开试样测量裂纹扩展。只要能够满足准确度要求，基于卸载柔度法和电位法的单试样法也能够测量裂纹扩展。推荐的单试样法由GB／T21143描述。无论哪种方法，目的是获得足够多的数据点充分地描述材料裂纹扩展阻力行为。测定魂相对简单易行。龟的结果由阻力曲线表示，显示裂纹扩展特定极限范围的唯一性。远离该极限范围，紧凑拉伸试样的晚阻力曲线显示了对试样宽度的强依赖性，而中心裂纹拉伸试样的允阻力衄线显示了对试样宽度的弱依赖性。CTOA的试验测定很困难。临界cTOA由裂纹扩展一定程度后达到的稳定值表示。CTOA的概念可以应用于特大量的裂纹扩展，适用性超过现有允的应用范围。两种裂纹扩展阻力的测定均适用于结构评估。文的概念是完整的，通过基于简单裂纹驱动力公式的现有评估步骤，可以应用于结构完整性问题。CTOA的概念总的来讲更准确。在结构应用方面需要数值方法，如有限元分析。研究表明两种试样加载到最大载荷时，CTOA和唯一的R曲线保持紧密联系。在8。-R曲线和临界CTOA之间建立分析的或数值的关系还有待进一步研究。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。12160单轴试验用引伸计的标定(GB／T12160--2002，ISO9513：1999，IDT)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／T16825．12008，ISO7500—1：2004，IDT)20832金属材料试样轴线相对于产品织构的标识(GB／T20832--2007，ISO3785：2006，IDT)21143金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法(GB／T211432007，ISO12135：2002，MOD)3术语和定义本标准采用下列术语和定义。 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／IS022889：20073．1裂纹张开位移crackopeningdisplacement，COD晚在预制疲劳裂纹尖端，裂纹两表面相对于原始未变形的裂纹平面的垂直位移，通过在试样侧表面5mitt原始标距测量。3．2裂纹尖端张开角cracktipopeningangle，CTOA雪相距现有裂纹尖端1mm处测量的(或计算的)裂纹两表面形成的相对角度。3．3稳定裂纹扩展stablecrackextension△口在位移控制加载下，裂纹扩展量只随位移量的增加而增加。3．4裂纹扩展阻力曲线crackextensionresistancecurveR曲线岛随裂纹稳定扩展Aa的变化曲线。3．5临界裂纹尖端张开角criticalcracktipopeningangle吼相距现有裂纹尖端1mitt处裂纹尖端张开角口的稳态值。注：该值对面内尺寸不敏感，但是可能有厚度依赖性。4符号和说明本标准采用下列符号和说明(见表1)。除非特别注明，试验温度对所有参数相同。表1符号和说明符号单位说明裂纹长度最终裂纹长度(口o+Aat)机械加工切口长度初始裂纹长度△o稳态裂纹扩展△Ⅱ一，吒即将接近稳态值时的裂纹扩展量血一受如或吼控制的裂纹扩展的极限量△o7最终稳态裂纹扩展量B试样厚度EMPa杨氏弹性模量FkN施加的力FfkN预制疲劳裂纹时的最大力R口02MPa试验温度下材料在垂直于裂纹平面方向的0．2％偏置下的规定塑性延伸强度R。MPa试验温度下材料在垂直于裂纹平面方向的抗拉强度2 www.bzfxw.com表1(续)GB／T24522--2009／Is022889：2007符号单位说明度(。)裂纹路径偏离度W紧凑拉伸试样的宽度，中心裂纹拉伸试样的半宽度W—d无裂纹韧带区长度W一口n初始无裂纹韧带区长度WⅦ最终无裂纹韧带区长度9度(。)裂纹尖端张开角(CTOA)‘蚝度(。)临界裂纹尖端张开角(CTOA)泊松比彘疲劳预制裂纹尖端5mm标距的裂纹张开位移注：此处不是一个完整的参数列表，仅列出主要参数，其他参数在正文中定义和引用。5总则5．1绪言金属材料稳定裂纹扩展阻力可以采用单点(特征)值表征(参见附录D)，也可以采用裂纹有限范围内断裂阻力与裂纹扩展量连续关系衄线表征(见第6章)。本标准中列出的任意一种经疲劳预制裂纹的试样均可以用于测试和计算断裂阻力参数。试验通过对试样施加缓慢的位移，测量对应的载荷、裂纹张开位移和角度，结合试验前后对试样的测量用于确定材料的裂纹扩展阻力。本标准给出了测试试样的细节和一般性信息，图1给出了本标准可以采用的测试流程图，表2给出了本标准采用表征断裂阻力的符号。卜一嚣⋯_1参数类型占[]．．．．．_J|_一断裂：主；征值I三兰三一_1临界CTOA6·4试验报告第7章图1本标准试验方法的总流程图 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／ISO22889：2007表2断裂阻力的符号尺寸敏感性参数尺寸不敏感性判定极限(试验对厚度日有规定)晚参见附录D不适用对于紧凑拉伸试样，Aa<△口一一0．25(W～口o)良一R曲线不适用no，(W一口。)≥4B对于中心裂纹拉伸试样，Aa<血一一Wn。～4B血>缸一一50／(5+B)，1％不适用n。．(w—no)≥4B△d<△d皿，一W一口o～4B(见图11)注：通过对1mm～25mm板厚铝合金和钢试样裂纹扩展表面测量建立了姚的判定极限Aa>血～=so／(5+B)。5．2试样5．2．1试样类型和尺寸试样尺寸和公差应符合图2和图3中的规定。试样的设计选择应考虑以下可能性：试验的结果是允还是口(见图1)、裂纹面方向、可用的材料数量和环境。注：两种试样类型(见图2和图3)均可测定屯或吼。对两种试样类型，均需满足条件[d。，(W—n。)]≥4B。5．2．2试样制备5．2．2．1材料状态试样应从经最终热处理并且经机加工后的原料中取样加工。某些例外情况下材料不能在最终状态下加工，如果试样的尺寸、公差、形状、表面粗糙度均可得到满足，最终热处理可以在加工试样后进行。机加工后试样尺寸明显地不同于加工前原料状态的，应考虑在役运行的尺寸效应对热处理显微结构和力学性能的影响。5．2．2．2裂纹面取向裂纹面取向在试样加工前应予以确定，按照GB／T20832之规定进行识别，并参照表A．1进行记录。注：裂纹扩展阻力取决于裂纹取向和扩展方向及与此相关的机械加工主方向、晶粒流动以及其他形式的各向异性。5．2．2．3加工试样缺口轮廓不得超过图4所示的包迹线。铣削加工缺口根部半径不超过0．10mm，锯切、圆盘磨削或电火花加工缺口宽度应不超过0．15mm。5．2．2．4疲劳预制裂纹5．2．2．4．1通则疲劳预制裂纹应在材料经最终热处理、机加工或具备环境条件后进行。在疲劳预制裂纹和测试之间的中间热处理旨在用于模拟特殊结构应用条件时才可采用，并且这种偏离推荐规范的情况需予以报告。疲劳预制裂纹任意阶段的最大力值应精确到土2．5％。试样厚度B和宽度w按照5．3．1测量后应予以记录，并按照5．2．2．4．3和5．2．2．4．4规定确定最大疲劳预制裂纹载荷Ff。4 www.bzfxw.comGB／T24522--2009／ISO22889：2007除了在一周次或几周次内可预期加速引发裂纹，施加力值之比(最小力值比最大力值)为一1．0之外，一般应在0～o．1之间。5．2．2．4．2设备和夹具应仔细安装疲劳预制裂纹用夹具，确保力沿试样厚度面B均匀分布，并且对称于预期裂纹面。5．2．2．4．3紧凑拉伸试样对于紧凑拉伸试样，在疲劳预制裂纹最终1．3mm或50％扩展量阶段，取其小者，最大力值应低于Ff：耻eE[熹磊]其中}一1．6×10“mo5，并且毋(ao／W)_[，一静r[z+嚣][。．sso+4．64静--13．32(静)2+14．72(等)3跏(嚣)4]⋯⋯⋯⋯㈩单位为毫米表面粗糙度(R口)单位为微米(以下同)裂纹引发缺口尖端与试样前后表面的交点距离上、下端面保持等间距且距离之差在0．005W以内。注1：起始引发缺口和疲劳裂纹的形状见图4和5．2．2．4。注2：W≥8B≥150mm。注3：0．45≤口。／W≤o．65。注4：可以选择的销孔直径≠一O．188W+}娜。8双孔。图2直通型缺口紧凑拉伸试样的尺寸比例和公差 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／1SO22889：2007OoooOoOOoooooOooOI．丝一【．．．．．．．．．一OOOOOO——O——O>，aooooooooo注1：起始引发缺口和疲劳裂纹的形状见图4和5．2．2．4。注2：W≥8B≥150mm。注3：0．45≤口。／W≤O．65。注4：L／w>1．5。8夹持区域。图3中心裂纹拉伸试样示意图5．2．2．4．4中心裂纹拉伸试祥对于中心裂纹拉伸试样，在疲劳预制裂纹最终1．3mm或50％扩展量阶段，取其小者，最大载荷应低于Ff，见式(3)：Fr一锄zW[一ec翥r其中∈一1．6×10“m“5。5．3试验前的要求5．3．1试验前的测量试样尺寸应符合图2和图3中的规定。厚度B和宽度w的测量应精确到0．02mm或5-0．2％，取其大者。试验前，应沿裂纹扩展路径至少三个等间距位置测量试样厚度B，取其平均值作为B。中心裂纹拉伸试样在不超过裂纹面名义宽度10％的区域至少三个等间距位置测量试样宽度Ⅳ，取其平均值作为w。紧凑拉伸试样以加载孔中心连线为基准进行测量。通常地，先建立加载孔中心连线，然后在裂纹面上测量到裂尖前的试样边缘距离作为Ⅳ，至少在三个尽可能紧靠裂纹面沿厚度方向等间距位置进行测量。同时应在相同位置测量尺寸1．25W(裂尖前、后的试样边缘之间的距离)。5．3．2裂纹前缘形态和长度的要求疲劳预制裂纹的长度要求：——对于紧凑拉伸试样，口o／W应在0．45～o．65之间；——对于中心裂纹拉伸试样，口o／Ⅳ应在0．25～o．50之间。疲劳裂纹扩展量至少1．3mm或2．5％W，取其大者。缺口和疲劳裂纹应在图4所示包迹线内。 www.bzfxw.comGB／T24522--2009／1s022889：2007口一一机加工缺121a。。6一一疲劳预制裂纹。一火花腐蚀或机械加工的狭缝。d——紧凑拉伸试样的载荷线。图4疲劳裂纹包迹和裂纹引发缺口5．4试验设备5．4．1校准所有测量仪器均需校准。5．4．2载荷载荷测量设备应符合GB／T16825．1。试验设备应在恒位移速率下加载。载荷测量系统标称容量应超过1．2F。，F。按式(4)和式(5)计算：对于紧凑拉伸试样，R一器篑R。对于中心裂纹拉伸试样，FL一2B(Vr一口。)R。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(5)5．4．3位移测量用于测量是的引伸计的输出应准确显示跨过疲劳预制裂纹尖端两侧相距5mm精确定位点的相对位移。引伸计(或其他合适的传感器)和试样的设计应允许引伸计和试样之间的接触点自由旋转。注1：确定晚的指南在附录B中给出。注2：裂纹嘴张开位移对于确定晚和．t／zc并不是必需的，但是载荷一裂纹嘴张开位移曲线的记录可以适用于评估本方法的有限元分析或其他断裂分析方法。经证明的引伸计设计样本在附录B中给出，类似引伸计已商品化。7 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／1S022889：2007裂纹嘴张开位移引伸计应按照GB／T12160进行校准，不劣于1级。在使用期间应至少每周核查。注：根据使用频度和双方约定，可能频繁校准引伸计。引伸计应在测试温度土5℃进行校验。位移量在0．3mm以内应精确到-4-O．003mm，在0．3mm之上应精确到实际读出值的土1％。5．4．4试验夹具为减小摩擦，紧凑拉伸试样应采用u形夹具和销钉加载。这种形式应保证试样在拉伸状态承载。用于R曲线测定的夹具设计成平底孔(见图5)，以保证销钉在整个试验过程中自由滚动。圆底孔(见图6)不能用于卸载柔度法测试单个试样。夹具承载面硬度应大于40HRC(400HV)或者屈服强度至少1000MPa。中心裂纹拉伸试样应采用液压夹持或者靠摩擦传力的螺栓夹具加载。需避免螺栓承载，以减小不均匀加载。安装方式应确保试样承受最小的面内和离面弯曲。所有试样应配备抗屈曲的导板，如图7所示。抗屈衄的导板应覆盖试样的大部分。仅沿裂纹面进行支撑已被证实不能有效预防薄板材在夹持线与裂纹面之间产生弯蓝。对于小中心裂纹拉伸试样(W<600ram)，采用平板就足够了，但是对于w超过600mm的中心裂纹拉伸试样，需要采用平板和工字梁如图7a)所示。适合紧凑拉伸试样的抗屈曲设计如图7b)所示。5．5试验要求推荐抗屈曲导板安装到试样两侧，覆盖预期裂纹扩展路径的长度是原始裂纹长度的四倍。试样和抗屈曲导板之间的配合面使用惰性润滑剂(如Teflon)，以减少摩擦力。在一块抗屈曲导板上开通孔，以便安装测量晚的引伸计，或者用于电位法的导线敷设。5．5．1紧凑拉伸试验5．5．1．1试样和夹具安装加载U形夹具对中度应在0．25mm以内，试样相对加载销钉对中度应在0．75mm以内。5．5．1．2裂纹张开位移最裂纹张开位移也的测量参照附录B执行。5．5．1．3裂纹尖端张开角掣裂纹尖端张开角雪的测量或者计算可参照附录c执行。5．5．2中心裂纹拉伸试验5．5．2．1试样和夹具安装夹具的设计应确保载荷沿试样厚度面均匀分布。如果全过程可均匀加载时，夹具可以刚性连接到试验机，否则推荐通过可拆卸夹具和销钉加载。5．5．2．2裂纹尖端张开位移最裂纹尖端张开位移晚的测量参照附录B进行。8 GB／T24522--2009／IS022889；2007单位为毫米表面粗糙度(R口)单位为微米—1_J—o002F／B上0002舻ll6D≥D咽曰釜卜、＼∥，1釜|7|釜卜、、＼|7N√“·B注1：加载销的直径≠一0．24W一2。。5-。注2：为便于安装引伸计可以将u型夹具的角去掉。注3：U型钩和加载销的硬度≥40HRC。3加载平面。b对于大位移量的试样，u型央具销钉孔的直径应放大到括号内的尺寸。图5用于紧凑拉伸试样的允许销钉转动的平底加载孔u型夹具的典型设计9 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／15022889：200710g釜d单位为毫米表面粗糙度(Ra)单位为微米—一J一0002WB曰≥D咽▲釜卜od、＼∥。一I|／o釜|釜j一＼、d＼|N√⋯·8注I：加载销的直径≠一0．24W一3。。叭注2：为便于安装引伸计可以将u型夹具的角去掉。注3：U型钩和加载销的硬度≥40HRC。图6用于紧凑拉伸试样的大尺寸圆形加载销孔u型夹具的典型设计 1——中心裂纹拉伸试样2——裂纹观察窗；3——间隔条；4——螺栓孔；5——前抗屈曲板，2片；6——后抗届曲板，1片；7——工字粱。1——紧凑拉伸试样2——螺栓孔；3——前后抗屈曲板4——裂纹观察窗。236a)中心裂纹拉伸试样抗屈曲指南4GB／T24522--2009／15022889：20073b)紧凑拉伸试样抗屈曲指南图7抗屈曲指南11 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／ISO22889：20075．5．2．3裂纹尖端张开角9裂纹尖端张开位移9的测量或者计算可参照附录c进行。5．5．3试样试验温度应以士2℃的准确度控制试样的试验温度。为此应在试样表面裂纹尖端5mm区域内贴放热电偶或铂电阻温度计。当预期有充分的裂纹扩展量，还应沿预期路径贴放附加的温度传感器(热电偶或温度计)，以确保特定的试验温度。试验应在合适的低温／高温介质中进行。在液态介质中测试开始前，试样表面温度达温后还需根据厚度按30s／mm进行保温，气体介质中根据厚度按60s／ram保温，但保温时间至少应为15min。测试试样的温度在试验全过程中应保持在规定试验温度土2℃范围内，并按照第7章的要求予以记录。5．5．4记录应记录载荷和对应的位移输出。注：对应的位移是岛(旨在测定彘-R曲线)或裂纹嘴张开位移CMOD(并不是必需的，但是有益于附加的评估)。5．5．5试验速率试验应采用裂纹嘴张开／加载线／横粱位移控制。在线弹性加载阶段加载线位移速率应使应力强度因子增加速率在0．5MPa·m“5／s～3．0MPa·mo5／s范围内。对每个系列试验，所有试样均应按同一名义速率加载。5．5．6试验分析确定紧凑拉伸试样断裂韧度单点值(特征值)的方法在附录D中给出，测定允-R曲线的方法在第6章给出(见图1)。5．6试验后裂纹测量试验完毕后打开试样，在断面上确定初始裂纹长度no和最终稳态裂纹扩展量Aar。某些试验在打开试样前需要标记稳定裂纹扩展区，可以采用热着色或试验后二次疲劳方法。注意尽量减小试验后试样的变形。对于铁素体钢冷脆化处理有助于减小变形。5．6．1初始裂纹长度405．6．1．1紧凑拉伸试样应使用准确度不低于士0．1％或0．025mm(取其大者)的测量仪器从销钉孔中心线到疲劳裂纹的尖端测量初始裂纹长度‰。测量在试样厚度面5个位置点进行。口。值是通过先对距离两侧表面0．01B内的两个位置(见图8)测量结果取平均值，再和内部等间距三点的测量长度取平均值得到的，见式(6)。一“(半)+鬈zn0J]5．6．1．2中心裂纹拉伸试样初始裂纹长度n。的测量值，是两个疲劳裂纹尖端总长度的一半，测量仪器的准确度应不低于±o．1％或o．025mm(取其大者)。测量是在试样厚度面5个位置点进行的。n。值是通过先对距离两侧表面0．01B内的两个位置(见图9)测量结果取平均值，再和内部等间距三点的测量长度取平均值，然后将结果除以2得到的，见式(7)。12一斟(半)+霎z％]注：对于两种试样厚度B小于5mm时，可采用三点平均法。a。值是通过先对两侧表面位置处测量长度a。．，和‰。取平均值，再和平面中心处测量长度a。，。取平均值得到：口。一0．5E(ao．1+Ⅱo．5)／2+n。．3] bGB／T24522--2009／IS022889：2007一在1至5的位置测量初始和最终裂纹长度(见公式7)；b一加工缺口；r参考线；d一疲劳预制裂纹；e——初始裂纹前缘；f一伸张区；g——裂纹扩展；h——最终裂纹前缘。图8紧凑拉伸试样裂纹长度的测量13 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／15022889：2007a——在1至5的位置测量初始和最终裂纹长度(见公式7)；b——加工缺口；c——参考线；d——疲劳预制裂纹}e——初始裂纹前缘；f——伸张区；g——裂纹扩展；h——最终裂纹前缘。注：两端裂纹的平均值代表中心裂纹拉伸试样裂纹长度。图9中心裂纹拉伸试样裂纹长度的测量5．6．1．3要求初始裂纹长度口。应满足下列要求：a)对于紧凑拉伸试样a。／w应在0．45～0．65之间；对于中心裂纹拉伸试样n。／W应在0．25～0．50之间；b)采用五点平均法计算n。时，试样中心三点中任一点的裂纹长度与五点平均值之差不应超过o．1a。；14 GB／T24522--2009／ISO22889：2007c)采用三点平均法计算a。时，试样中心点的裂纹长度与三点平均值之差不应超过o．1ao；d)疲劳预制裂纹前缘距离缺口前缘不应低于1．3mm或2．5％w中的大者；e)疲劳预制裂纹应在图4所示的包迹线之内。如果上述要求不能满足，根据本试验方法试验结果判定无效。5．6．2稳定裂纹扩展Aa裂纹扩展量(包括任何的裂纹尖端钝化)Aat，应借助测量准确度±0．025mm的仪器按照5．6．1描述的平均值方法测量初始和终止裂纹长度。对于中心裂纹拉伸试样，裂纹扩展量△口r由裂纹两端前缘测量的裂纹扩展量平均值给出。诸如星状和孤立的岛状等不规则形状的裂纹扩展，应当按照第7章的要求在报告中注明。注1：忽略星状扩展区域或主观地平均裂纹扩展区域对于估算不规则裂纹长度可能是唯一可行的办法。由高度不规则裂纹得到的试验结果应用于断裂分析时应相当小心。在试验报告中注明裂纹的不规则性和提供附加的照片都是很有用的。所有的试验前和试验后的测量都应记录并按照第6章进行计算。注2：对于厚度B小于5mm的试样，建议使用5．6．1．2所述三点平均法。5．6．3裂纹扩展路径在稳态裂纹扩展时裂纹面也会偏离原始疲劳预制裂纹面(垂直于外加载荷的平面)。典型的情况是试样表面出现剪切面。当剪切面保持与原始疲劳预制裂纹面同一斜向时，称之为单剪切模式。当剪切面斜向发生变化，在截面上形成屋顶状，即断裂面形成V型坡口，称之为双剪切模式。剪切面通常倾斜30。至45。。注：根据材料和试样厚度，在试样厚度中央的断裂表面有可能垂直于外载荷，这是混合模式裂纹扩展。5．6．3．1裂纹扩展阻力对于斜面断裂，呈现双剪切模式的裂纹扩展阻力通常高于单剪切模式。双剪切模式的试验结果被认为不能用于表征材料特性。5．6．3．2裂纹扩展路径偏离当初始平直疲劳预制裂纹面与偏离的扩展裂纹面夹角n超过10。时，试验结果无效。66。·口阻力曲线和CTOA的确定6．1总则本标准采用良(COD)或者W(CTOA)同裂纹扩展量血一起表征断裂行为。需要重点指出的是，此处不把弘△4曲线作为裂纹扩展阻力曲线。6．2试验步骤对试样加载，按照5．5和5．6评估裂纹扩展量。6．2．1多试样法将一系列标称尺寸相同的试样加载到预先选定的不同位移水平，并测定相应的裂纹扩展量。每支试样的试验结果都成为良一Aa阻力曲线(后面通称为R曲线)上的一个点。注：构成一条R曲线需要六个或更多个合适位置的点。将第一支试样加载到略微超过最大力，测量相应的稳定裂纹扩展量，并据此估计其他合适位置数据点所需的位移量。6．2．2单试样法单试样法是利用电势法、弹性柔度法或其他技术通过一支试样的试验得到阻力曲线上的多个点的方法。GB／T21143描述了单试样法。当血≤o．2(Ⅳ一n。)时，利用直接法(如弹性柔度法)估计的最终裂纹扩展量△嘶与测量的裂纹扩展量之差应当不超过后者的15％或0．15mm，取其大者；当Aa>0．2(w—n。)时，这一差值应在o．03(Ⅳ～n。)以内。为了后续的裂纹扩展量的测定，需要对初始裂纹长度n。作一个估计，例如采用卸载柔度技术，舶的估计值应该在试验后测量瓯值士2％以内。】5 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／ISO22889：2007间接测量技术(如电势法)需要将第一支试样用于建立试验输出与裂纹扩展量之间的关系，裂纹扩展量不得超过6．4．1．2中定义的血～。附加试验至少需要再做一次从而运用第一次的试验结果估计裂纹扩展量。估计值与实际△口测量值之差应不超过后者的15％或0．15mm，取其大者；否则试验结果无效。6．2．3最终裂纹前缘的平直度最终裂纹长度定义为按照5．6．1和5．6．2描述的五点平均值法测定的初始裂纹长度加上稳定裂纹扩展量。采用五点平均值法时，中间三点的裂纹长度与五点平均值之差不应大于0．1a。；采用三点平均值法时，试样中心点的裂纹长度与三点平均值之差不应超过0．1ao；否则试验结果无效。6．3R曲线图晚与△n的点组成了R曲线(见图10)。数据可以用表格或图形的形式表达。为了便于分析也可以将数据拟合成方程或将拟合方程以曲线的形式做出来。缸——裂纹扩展量；岛——裂纹扩展阻力；l——边界线。图10测定R曲线的数据间隔6．3．1图的结构晚与血的断裂阻力曲线由5．5．1．2，5．5．2．2和5．6．2得到的数据点组成(见图10)。对于紧凑拉伸试样，血～按式(8)计算：Aa。。一0．25(Ⅳ一no)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(8)16 对于中心裂纹拉仲试样，△n～按式(9)计算：△口一一(W一口。)一4B绘制晚与△n的曲线图示于图10。GB／T24522--2009／IS022889：2007对试验中止于失稳断裂应予以报告。如果在断裂表面能够测量稳态裂纹扩展量，请将此数据点加在R曲线上。在R血线上清楚标记失稳断裂点，并在试验报告中注明(参见附录A)。注：失稳断裂点依赖于试验尺寸和几何形状。6．3．2数据间隔和啦线拟合至少需要六个数据点定义R曲线。拟合R曲线时，在四个等间距的裂纹扩展区内，至少有一个数据点，如图10所示。对0和血。。边界线之间的数据点按指数方程(10)进行拟合：最一口3-船47⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(10)式中a和J9≥O，047≤1。估算a、口和y常数的方法见GB／T21143附录H。如果从线性回归得到的a或p小于0，那么结果无效，拟合方程不能代表R曲线。这种情况下，建议作补充试验或采用单试样法。如此得到的R曲线表征了此试验试样几何形状与厚度的材料特性，并且与两种试样平面内尺寸无关。6．4临界CTOA的测定口的稳态值(平均值)吼在裂纹少量扩展后就可以确定下来。口与Aa的断裂阻力瞌线由5．5．1．3，5．5．2．4和5．6．2得到的数据点组成(见图11)。对于两种拉伸试样，缸。，按式(11)计算：△n～一(Vr一口o)一4B⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11)并且最小裂纹扩展量血～是如图11中霉达到稳定值后对应的血。两者共同构成估计临界CTOA值吼的左、右边界。注：由于CTOA方法还在发展中，缸极限值的规定基于有限的试验。有四种方法(光学显微法、数字图像相关法、显微形貌分析法和有限元分析方法)可用于测定CTOA。细节参见附录c。在一定的裂纹扩展量下测量CTOA，特别是在裂纹扩展左、右边界内。超出边界范围测量的CTOA值仅供参考。qtc由裂纹扩展左、右边界内的哥缸曲线图确定。注：在试样表面测量的裂纹尖端张开角在裂纹扩展初始阶段显示较大值是由于裂尖钝化和裂纹隧道效应的存在。但是在内部区域，即处于局部高约束状态，尘值通常比表面值低，见图11。对于CTOA试验，吼的临界值由下式计算：t2N吼一∑x!z,／N1—1式中：吼——满足裂纹扩展左、右边界要求的值；N——测量值的数目。17 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／IS022889：2007缸——裂纹扩展量，mm；雪——裂纹尖端张开角，度(。)}吼——常量；●——外表面；o——内部区域。图11临界CTOA值的测定7试验报告7．1通则根据本标准制定试验报告，至少应包括三个部分(7．2～7．5)。被测材料的描述，试样和试验条件，包括试验环境都应按照7．2注明。机械加工，疲劳预制裂纹，裂纹前缘的平直度和裂纹长度数据都应符合7．3。导出的断裂参数应按照7．4和7．5予以量化。附录A给出了一些试验报告格式的例子。7．2试样、材料和试验环境建议采用表A．1给出的格式报告下列项目。7．2．1试样描述——试样编号；——类型；——名义口。／w；——裂纹面取向；——取样位置。7．2．2试样尺寸——厚度B，mitt；——宽度W，mm；——初始相对裂纹长度，n。／w。7．2．3材料描述——材料的成分和标识编号；】8 GB／T24522--2009／IS022889：2007——产品形式(板，锻造，铸造等)和状态；——在预制裂纹温度下的拉伸性能，参考的或测量的；——在试验温度下的拉伸性能，参考的或测量的。7．2．4试验环境——温度，℃；——一位移加载速率，mm／rnin；——位移控制的类型。7．2．5疲劳预制裂纹的条件——Ff，kN；——预翩疲劳裂纹温度，℃。7．3试验数据的有效性判定7．3．1通则所有满足特定要求的数据都应按照本方法进行判定，只有合格的数据才能用以定义断裂韧度。建议参照表A．2编排7．3．2中描述的数据。7．3．2裂纹长度的测量按照图8和图9所示，在等间隔的五点上测量裂纹长度。试样厚度B小于5mlTl时，采用等间隔的三点上测量裂纹长度就足够了，见5．6．1．2。下述数据应该在报告中注明：——机加工缺口长度(n。)；——初始裂纹长度(n。)。7．3．2．1多试样法——预制疲劳裂纹长度(‰一n。)；——最终裂纹长度(nr)；——平均的裂纹扩展量(Aa=a。ma。)。7．3．2．2单试样法——裂纹长度(o)；——平均的裂纹扩展量(△n一口一n。)。7．3．3断口的形貌——记录断口特殊形貌的信息；——记录非稳定裂纹扩展的信息。7．3．4阻力曲线建议参照表A．3编排包含从单试样法试验得到的构成阻力睡线的所有数据。7．3．5数据判定的检查表如果符合下述要求，则数据有效：a)试样应满足5．2．1尺寸和公差的要求；b)试验装置应满足5．4误差和同轴度的要求；c)试验机和引伸计符合5．4的准确度要求；d)平均初始裂纹长度ao对于紧凑拉伸试样在0．45Ⅳ～o．65W之间，对于中心裂纹拉伸试样在0．25W～0．,50W之间；e)疲劳预制裂纹的扩展量(从机加工缺口的根部算起)不小于1．3rftrll或2．5％W，取其大者；f)试样两表面的疲劳预制裂纹在包迹线(见图4)之内；g)采用五点平均值法时，中间三点的裂纹长度与五点平均值之差不应大于0．1a。；采用三点平均值法时，试样中心点的裂纹长度与三点平均值之差不应超过0．1a。；19 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／IS022889：2007h)对于单试样法直接计算的裂纹扩展量，当裂纹扩展量小于0．20(Ⅳ一n。)时，计算的最终裂纹扩展量与测量的裂纹长度之差小于后者的15％或0．15mm，取其大者；当裂纹扩展量大于0．20(w一‰)时，这一差值应在0．03(Ⅳ一4。)以内；i)单试样法估计的初始裂纹长度a。／w与测量的初始裂纹长度a。／W之差小于后者的2％；对于单试样法间接测量裂纹长度，第一支试样用于建立试验输出与裂纹扩展量之间的关系，以后运用该关系估计裂纹扩展量的估计值与血t测量值之差应不超过后者的15％或0．15mm，取其大者；j)应满足6．3．2中数据点数量和间隔的要求以测定岛一血曲线；k)应满足6．3．2中数据点数量和间隔的要求以测定霉。△。曲线；1)应满足5．6．3中关于裂纹扩展路径的要求。7．4瓦一口曲线的判定按照6．3．2对数据进行幂乘回归，拟合诧-R曲线。若数据按7．3判定合格，回归拟合有效。7．5吼的判定临界CTOA值虢是对6．4中的稳态数据进行拟合得到的。若裂纹扩展量左、右边界内的数据按7．3判定合格，回归拟合有效。 附录A(资料性附录)试验报告实例本附录给出了试验报告的样式。注：重要的是试验报告实例的内容而不是格式。GB／T24522--2009／IS022889：200721 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／ISO22889：2007A．2数据判定条件裂纹长度测量信息试样标识裂纹测量表位置预制裂纹长度△口点mm123456n。平均初始裂纹长度‘(ram)。。一4。平均疲劳预制裂纹长度8(mm)Aa平均裂纹扩展量“(ram)n。+△nf平均最终裂纹长度‘(ram)“见5．6。估计裂纹长度‰。估计疲劳裂纹长度(ram)乱。估计最后裂纹长度(ram)断口形貌发生解理断裂(是／否)断裂表面异常特征记录对异常断裂特征如层状撕裂、岛状、金相等特征予以记录。22 GB／T24522--2009／IS022889：2007A．3阻力曲线数据记录表数据点F／kNAa／mm8晚／ram3UC一卸载柔度；ACPD一交流电势法；DCPD一直流电势法。A．4裂纹尖端张开角数据记录表数据点F／kNAa／mm4’6吼／(。)。，峨／(。)。8见5．6．2。b在试样表面处测量。cOM=光学法；DIC=数字图像法。 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／ISO22889：2007A．5以-_R曲线的判定条件d。(ram)B(ram)W一口o(ram)幂乘拟合方程氐一a+J9抽7的系数：a一8=y一血～一O．25(Vr一口o，——(mm)测量的最终裂纹扩展量(使用单试样法时)(ram)估计的最终裂纹扩展量(使用单试样法时)(ram)估计最终裂纹长度相对测量值的误差百分率(％)要求(见7．4)：数据需要符合5．6．3．2和7．3的要求。如果满足所有的要求，则拟合的方程代表了本标准所指晚一R曲线。A．8致的判定条件‰————(mm)B(ram)w一口o(ram)△口～(ram)△口～一W—no一4B(ram)测量的最终裂纹扩展量(使用单试样法时)(ram)估计的最终裂纹扩展量(使用单试样法时)(ram)估计最终裂纹长度的误差百分率(％)裂纹扩展路径偏离(。)要求(见7．4)：数据需要符合5．6．3．2和7．3的要求。24如果满足所有的要求，则，虬代表了本标准所指的临界CTOA。 GB／T24522--2009／[S022889：2007附录B(资料性附录)测量裂纹尖端张开位移最的装置测量裂纹尖端张开位移晚的基本安装图示于图B．1。晚是在试样表面预制疲劳裂纹尖端5mm原始标距处测量的位移。预期裂纹扩展路径上的区域需要经过抛光处理。预制疲劳裂纹后，使用维氏硬度压痕法在试样表面预制疲劳裂纹尖端两侧各2．5mm处打上5mm原始标距。带针头的蠡夹式引伸计安装在硬度压痕坑里，对紧凑拉伸试样使用如图B．2所示杠杆机构固定。类似方式也可用于中心裂纹拉伸试样。可以采用数字图像技术。图B．3所示为也夹式引伸计详细设计图。图B．1测量裂纹尖端张开位移瓦的基本安装图单位为毫米25 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／岱O22889·20077一图B2紧凑拉伸试样咤夹式引伸计的安装l——目定臂j2——应变规；3--目定标￡器∞"口图B3毛夹式引伸计的设计图单位为毫术 C1通则附录c(资料性附录)裂纹尖端张开角掣的测量GB／T24522--2009／L‘；O22880=2007如下方法均可用于测量CTOA：幻稳卷撕裂时直接铡量诖(光学显徽和数值圜像相关方法)；b)试验后铡量(显微形貌法)Ic)有限元分析；d)通过晚间接铡量。直接测量口(CTOA)法是在稳态撕裂时采用光学显做或数字图像相关法。两种方j击产生近似相同的结果，显微形貌法通过试验后对断裂表面的测量重构稳态撕裂过程。该方法允许在试样内部测定CTOA。有限元分析通过匹配断裂试样的失效载荷确定临界CTOA。使用该方法，l临界CTOA就是计人裂纹前缘拘束效应的沿试样厚度平均分布的有效值。对于众多材料和试样形式，使用恒定临界CTOA值的有限元分析显示氏一R曲线直到最大载荷都是唯一的，揖示了CTOA和以之同的唯一性对应关系。直接测量CTOA是在裂虫后o5mm到15mitt之间的区域进行，如图C1。当血<血*“时，裂尖后的测量距离可少于05mm。通过有限元计算CTOA也是在相同的区域进行的，通常是裂尖后Lmm．a——&史．b--Ⅻ量E目。国CI通过光学显做法(oM)测定CI"OA的测量范围c2直接到量法2I光学显微涪(oM)光学显做法采用如下仪器：a)长焦距显微镜；b)视颇摄像机，具有512×512像素分辨率，用于获取稳态撕裂裂纹的图像；c)视频记录仪存储图像}d)计算机系统．具有显示功能，同时配置的软件具有精确控制长焦距显徽镜三维位置，分祈图像得到CTOA的功能。使用OM时，为得到清晰的裂纹图像，试样表面应抛光成镜面，应仔细控制对裂纹区域的用明以获27 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／1S022889：2007得最佳的对比度和清晰度。通过OM得到的典型匿像如图C．2所示。第一幅图像，如图C2a)t显示了疲劳裂纹稳态扩展约075mm。第二、三幅图像，如图C2b)、c2c)所示t显示了同一裂纹稳态扩展分别约13mm和6mm。CTOA的测定是通过视频记录仪回放图像，并且：a)定位裂尖；b)在试样两个裂纹表面裂尖后05ram～l5mm范围设置三对定位点；c)绘制通过裂尖和每个定位点的直线；d)然后计算直线问夹角一裂纹尖端张开角粤。中值定义为三套直线间夹角事，，虢和吼的平均值。值得提醒的是tOM在变形状态测量CTOA并牧有考虑周围材料的变形。a)稳泰撕※∞o7s一∞光学E做图像b)穗态撕※自13mm∞光学显#图像c)§巷撕裂约6mm∞光学＆№目像8疲劳预制&牧尖端。6#定撕※月裂皱女端。圉c22．3一厚2024_T3铝台金稳恋撕裂裂纹典型光学显微图像和CTOA谢量 GB／T24522--2009／ISO22889：2007C．2．2数宇国像相美法(DIC)数字图像相关法采用如下仪器：a)科学级CCD、CMOS或类似相机；b)物镜和延伸器，以获得(80～130)像素／=m韵分辨率(例如2倍变焦200mm焦距的物镜，配合具有1024×l024像素点阵的相机可以产生125像素／ram的分辨率)}c)移动平台，使相机平行于试样表面移动，确保扩展裂纹尖端始终保持在观察窗口内(用于视频跟踪扩展裂纹)}d)显示器，用于试验过程中观察裂尖区域；e)视频板，对图像数字化处理便于存储；f)试样表厦随机花样，具有足够的对比度以利于花样匹配(花样“空间”频率达到(3～5)像素／mm，以便减小测量用局部区域(子集)尺寸)；g)软件，执行图像关联和确定子集位移。DIC法类似OM法．但宥如下区别：——在试验时视频摄像机平行于试样表面移动t——通过测量在试样表面选定区域的分离确定裂纹张开位移a。每一次图像变换，当前图像和上一幅图像重叠至少100像素，通过连续记录可以得到裂纹长度。图像分辨率矗少在(80～130)像素／ram，大于i00像素／ram为佳。对试样表面轻微喷擦白色丙烯酸涂料，弥散铺洒黑色调色粉，在试样表面形成高对比度的白光随机斑点图案。如果干燥后花样密度不足，抹去涂层。反复以上过程直至成功。也可以在涂层干燥后施用调色糟，然后在90℃烘培25rain以便于调色粉附着在椽层表面。少数情况下，如果试样表面允许图像匹配，可以通过平顿印刷技术形成表面花样，或者在裸露试样表面形成光学图像。通过裂纹扩展期间记录的裂尖区域图像来测定CTOA。存储的图像经后处理测定裂纹扩展量来估计对应的CTOA值。一对典型的用于测定CTOA的子集显示在图C3的裂尖区域图像中。典型的子集尺寸是18×18像素至20×20像素，其选择尽量靠近裂纹面。图C3a)显示了初始选定裂纹长度处的子集。这些子集为参考固像。它们在试样表面分离距离记为dz。圉c．Sb)显示了裂纹扩展量为r卜。的同一对子集。通常用05至15mm的裂纹扩展量(图例显示约1ram)定义为前一裂尖后名义上1mm处的CTOA。新的子集分离距离为如。日裂袋E参考目像b)裂尖E圈像(韧始裂垃扩展月)(裂#进一步扩＆目)注：^#dz是白色“方框“t鞋#齄态扩＆1nⅡⅡ前、后女直分离量。图C3裂纹扩展前后的DIC图像(试样表面高对比度、随机斑点花样，用于DIC法测定CTOA)裂纹张开位移矢量(记为m和z。，分别代表相对裂纹面法向的上、下子集)从数字图像中计算，计^裂纹线的法向矢量mCTOA按下式计算：拈 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／[8022889：2007霍=2arctanll>：(“。一l，)n。l／(2r1-2)l⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(C．1)。。互。式中：“-——上子集的水平位移，定义为垂直于记录用相机CCD像素点阵的列向；“：——上子集的垂直位移，定义为平行于记录用相机CCD像素点阵的列向；^——下子集的水平位移，定义为垂直于记录用相机CCD像素点阵的列向；如—一下子集的垂直位移，定义为平行于记录用相机CCD像素点阵的列向；rl-2——图C．3a)与图C．3b)之间的裂纹扩展量，通常定义为裂纹尖端之间的直线段；n，，nz——垂直于由裂纹扩展增量所定义的裂纹线的矢量。M和f。的值由计算机对上、下子集的二维位移分量计算后确定，准确到亚像素，以便精确评估CTOA。通常软件执行数字图像相关法，优化测量规定裂纹扩展量时参考子集的位移，如图c．3b)所示。血一和△n一(定义于6．4)之间的口平均值作为临界CTOA值雪。。但是应注意以下方面的选取：——裂纹扩展量；——用于估计裂纹张开位移的子集位置。由本方法规定的通过两幅连续图像测定的裂纹张开位移包含两个分量：因裂纹张开引起的位移和有限尺寸子集的塑性变形。因为试样断裂过程中总塑性应变可超过10％，紧靠参考裂纹尖端选取参考子集尤其重要，这样后续裂纹扩展对子集变形作用减小，也减小对CTOA测定造成的误差。所以为了估计裂尖后1lllm处的CTOA，后续图像中的裂纹扩展量不应超过1mm。作为通用要求应选取小子集(即不超过20×20像素)，位置距离裂纹线不应超过所需的程度，并且为了精确的花样模式匹配还需要选取足够高对比度的子集(即用于最大可能精度的DIC分析)。估计蟹值的主要误差来源是裂纹尖端的识别。原因可能是试样表面和裂纹之间对比度不够，裂尖裂纹张开过小，试样开裂过程中涂层出现裂纹。为减小这些效应带入的误差，确定雪的数据应通过裂尖后至少0．6mill处的子集来获取。C．3试验后测量法(显微形貌法)C．3．1通则显微形貌法是试验后测量gt(和其他参数)的测试技术，结合直接测量法和断裂表面变形分析得以实现，试验中不需要特殊的考虑或特殊仪器(虽然可以采集CMOD和加载线位移数据用来验证分析精度)。单个试样给出完整的坐。△n曲线数据。显微形貌法还有另外的优点，即能够在试样内部测量缈(即使在2．5mm厚铝板材试样中，口在裂纹扩展早期也能显著地沿厚度变化)。由于在扩展裂纹的裂尖产生不可逆塑性变形，显微形貌法分析9就成为可能。产生审的裂尖断裂过程，在断裂表面留下跟踪扩展裂尖的记录。配合试样在试验后法向分离(通过一些名义上的弹性方法，如疲劳或解理断裂)，测量和记录断裂表面的高度。由此获得两个离散定义的数学表面，U，(z，，)和_L’(z，，)，分别对应物理的上、下断裂表面。，向(裂纹扩展方向)空间增量达0．1mm对于节的分析通常是足够的。断裂表面的高度测量分辨率要有合适的精度。较低名义事值要求更精细分辨率的高度测量。应记录x向和y向的两套数据集，以确定材料即时分离的共同点的相关性。表面分离微分函数定义为：q(z，y)=[-Uo(z，了)·Pj(n，，y)／23--ELo(z，，)·Pj(aj，y)／23+(≈l+LXzj)⋯⋯⋯⋯⋯(C．2)式中：下标J代表裂纹张开Az和对应的裂纹扩展量Aa；L。一L’}30 GB／T24522--2009／]5022889：2007U。一u7--t(x，y)，这里t(z，y)是平面倾斜修正函数，定义了初始微分值。D。(z，y)在疲劳预制裂纹区域名义上为零。Pj(y)是假设以试样移动的旋转中心R，为中心点，绕z轴平面转动的试样整体转动修正项(角度修正函数)。P是n，和Y的线性函数，并且P。一o。由此定义了裂纹张开的初始态和扩展态。D值小于零没有物理意义，表示裂尖区域没有因裂纹扩展而分离。方程Df(z，y)一Eu。·P，(口，，y)／2]一[L。·Pf(口f，y)／2]+(z-1+Azf)⋯⋯⋯⋯(C．3)用于定义P，微分函数Dr在试验后的弹性断裂区名义上为零。对于对称试样，如中心裂纹拉伸试样，伴随名义对称裂纹扩展，P，总是为零。D。和Dr代表裂纹扩展过程的两个参考状态，分别对应初始态和终止态。裂纹长度增量q(z)由D，(z，√)=O(x—y平面上裂尖边沿)对应的y值而确定。在某一固定z位置的不同裂纹张开／扩展量下的D，一Y样例显示于图c．4，由此可以识别相关的分析参数。平面(截面)D，的平均斜率c，为：G—ADjlayy。E(a，一1ram)，q]⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(c．4)在Y向，选定的z位置(典型的，试样厚度中位面)，在Y．[(口j一1mm)，q]范围内(标准中定义，Y—n，是瞬时裂尖位置)与增量霍的关系式为：碍一2arctan(--G／2)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(C．5)在定义范围内的离散高度数据经最小二乘拟合定义平均斜率G。数据应经过检查剔除无关点(不在D的总体趋势内)，或者B函数在分析前平滑处理以消除测量误差或减小数据点相关误差。由此可以提取、绘制和分析9，--Aa，数据。须重点强调的是，在早期裂纹张开阶段伴随裂尖钝化(CTOD是该阶段的定义参数)，没有明显撕裂。该阶段口没有实际意义。不考虑变形过程，从c，测量演算的9值，由于钝化和D函数在该阶段的非线性特性，会导致错误结果。9只能从由撕裂阶段采集数据确定的c，中计算(见图c．4)。从钝化到稳态撕裂的转变点通常由fc，f快速增加向显著降低、缓慢变化转换时确定。c．3．2与转动修正函数P相关的误差在韧性断裂过程中会发生不同程度的与裂纹扩展无直接联系的大范围塑性变形。注：典型的通过剩余韧带区的大范围塑性变形对整体试样转动有贡献。在常规CTOD分析中这是一个重要因素，因为局部裂纹尖端张开位移是从裂纹嘴张开位移CMOD测量值演算而来。比值H=CMOD／CTOD取决于裂纹长度4和试样整体转动中心点R≈0．4(Ⅳ一n)，通常在4～6范围内，由参考公式确定。在显微形貌法中，对应的整体试样转动对局部CTOD的效应是：S一(R—CTOD／2)／R≈0．95—0．98在典型尺寸试样中观察到，低的CTOD值，也即低韧度时CTOD更易达到临界值，该比值接近1．0(没有误差)。对称试样如紧凑拉伸试样，试样整体转动造成即时裂尖后的断裂表面也发生转动。但是试样整体转动引入的对9的测量误差因本质上自身的限制，影响小。高韧度材料中，大范围塑性变形更强烈，试样整体转动更大，对应的口也更大。对于低韧度材料，反过来讲也是正确的：整体转动愈小，对应的9也愈小。C．4临界裂纹尖端张开角吼的有限元计算弹塑性有限元分析(FE)代码已经用于通过力值一裂纹扩展量数据确定临界裂纹尖端张开角吼。该方法假设从起始到失稳，吼为常量。通过试验和误差分析，吼值与最大载荷相互对应。目前采用的FE代码有二维线性有限应变代码、壳分析代码和三维线性应变代码。有关不同材料稳态撕裂行为的研究文献揭示裂尖区需划分0．5mm有限应变单元来拟合载荷一裂纹扩展行为。另外的研究表明采用三维FE代码和壳分析代码，对于大量抗屈曲裂纹试样稳定撕裂建模，划分1mm线性应变单元是足够的。如果裂纹长度和无裂纹韧度区判据(a／B>4和b／B)4)均得到满足，临界吼与试样类型无关。如此得到的吼值成功地预测了铝合金薄板复杂结构件稳态撕裂行为。31 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／ISO22889：2007c．5间接测量法C．5．16s．R曲线和掣之间的相关性晚-R曲线的测量比尘c测量简单，费用低，所以倾向于从晚-R曲线的测量中推算9c。它们之间的相关性仍在研究，但是裂纹扩展有限元分析显示存在可能。图C．5显示了弹塑性有限元分析对大量不同宽度2024一T351(B一6．35ram)铝合金试样的分析结果。分析在吼一6．35。条件下进行，对于每个试样分析得到一条85-R曲线，显示的结果直到每个试样的最大力值为止。结果表明：唯一的如求曲线对应一个9。常量。两种断裂参数之间分析的或数值演算的关系有待进一步研究。D／mmbcI．Df、，—入／／，、＼、CTOA、＼|斜率。、＼1mm、D．蕊遵≥乡、，，。＼一D．、‘—一＼、／40＼D“t一；z惑iL。Do●1—1—、～／、"～烈』置血。t△4，。tAam及裂纹扩展量△‘z／rnmD表示的函数状态：D0——预制裂纹闭合；D。。——撕裂初始状态；D．——第一个有效CTOA状态；皿——中间扩展状态；Dr——撕裂扩展终止状态；血——裂尖位置及扩展量；a——预制裂纹区；b——钝化区；c——撕裂区；d——撕裂扩展终止点；e——试验后测量区(疲劳或解理)；f——有代表性的断裂增量。图C．4利用表面高度微分函数D(x，y)分析CTOA的图解 如／ram有限元分析：2024一T351(LT)B一6．35mEC(T)：d／W一0．4M(T)：2a／w一1／3，蚝一6．35。GB／T24522--2009／IS022889：200701020304050血z／mm图C．5不同试样形式从定值垡t计算出的6。曲线 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T24522--2009／ISO22889：2007D．16。．o．2。的测量和判定附录D(资料性附录)断裂韧度特征值的测定R曲线按照6．3和图D．1绘制和拟合。按照下式在图D．1中构造钝化线：晚一1．87(R。／Rmz)△口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(D．1)式中R。和R。应在试验温度下测定。在裂纹扩展量0．1mm、0．3mm和0．5mm处平行于钝化线绘制裂纹扩展偏置线。要求在0．10mm和0．30mm裂纹扩展偏置线之间至少有一个数据点，在0．1mm和0．50mm裂纹扩展偏置线之间至少有两个数据点(见图D．1)。在图上偏置o．2miD．处作钝化线的平行线，最佳拟合曲线与该平行线的交点定义为是，ozBL。对于紧凑拉伸试样，晚．一按照下列公式计算，取最小值：鼠．一一B／30⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(D．2)瓦⋯一口o／30⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(D．3)允一一(Vr一口o)／30⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(D．4)如果晚．。。BL≤晚⋯，那么晚。。n。对试样尺寸不敏感。如果岛。；。≤岛一。(由D．3、D．4式计算)，但是蠡。。n>也，一(由D．2式计算)，那么疋，一丑L对试样面内尺寸不敏感，却有可能与厚度相关。如果晚一△n曲线在0．2miD．偏置线交点处的斜率(d85／da)。：BL不能满足下式的要求：，．87[急]>[z(鲁)L⋯⋯⋯⋯⋯⋯co．s，那么按上述定义确定的晚。。BL有效。注：类似的要求对中心裂纹拉伸试样不适用。如．0X——裂纹扩展量Aa，mmY——断裂阻力晚，mm；1——钝化线。图D．1测定疋。：。的数据分布 D．2最。。的测定和判定GB／T24522--2009／1$O22889：2007R曲线按照6．3绘制。按照GB／T21143附录D中的描述测量临界伸张区宽度血一。平行于晚轴通过血一作一条直线，如图D．2所示。按照6．3．2描述的方法，用所有横坐标大于血一的允一血数据点拟合最佳衄线。该拟合曲线与缸一平行线的交点定义为允，．。通过原点和允．，点作一条直线(见图D．2)。至少应有一个数据点位于该直线0．2miD_偏置线以内。如果魂．，≤允．～(由D．1规定)，那么疋，，对试样尺寸不敏感。如果晚．．≤晚．一(由D．3，D．4式计算)，那么晚，．对试样面内尺寸不敏感，但有可能与厚度相关。计算氐一,Xa拟合曲线在6"5,1点处的斜率(d氏／da)。；定义直线L为原点和d。．，点连成的线，计算其斜率(d晚／da)。，如果(d是／da)。<2(d也／da)c⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(D．6)则按照本方法得到的晚，，无效。注：类似的要求对中心裂纹拉伸试样不适用。x——裂纹扩展量△n，mmY——断裂阻力岛，mm；●占5一,Xa数据；o有效的伸张区数据；o无效的伸张区数据。图D．2最，。的测定'