一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性jic測試裝置的制造方法
【專利摘要】一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測試裝置，該方法借助刀口輔助裝置獲得不同高度的COD規(guī)張開位移，計算得到三點彎曲試樣的施力點位移，進而獲得三點彎曲試樣的延性斷裂韌性JIC，使得高強高韌合的安全評價工作可以有效的開展。
【專利說明】
-種H點彎曲試樣延性斷裂初性JIC測試裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬于金屬材料斷裂力學性能檢測技術領域，具體設及一種=點彎曲試 樣延性斷裂初性/IC測試裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著冶金質量的提高，高強高初合金作為結構材料在工程上應用的越來越多，經 常需要對其進行安全評價。平面應變斷裂初性&是重要的安全評價指標和結構件設計指 標，因此通過測試獲得高強高初合金的平面應變斷裂初性&就顯得尤為重要。但是對于高 強高初合金，直接測試平面應變斷裂初性成通常是不可行的，運是由于在測試中若采用較 小尺寸的斷裂初性試樣，通常不滿足平面應變&的判定條件公>2.5(化/&0.2)哺 1.1;在測試中若采用較大尺寸的斷裂初性試樣，試驗機的容量通常達不到。目前對于高強 高初合金平面應變斷裂初性成的測試是通過測試延性斷裂初性/1C，由轉化公式獲得 點彎曲試樣由于形式簡單、加工快捷、代表性強等優(yōu)點成為金屬材料斷裂力學性能檢測領 域中試樣形式的首選，尤其S點彎曲試樣的缺口位于上表面，使得COD規(guī)可W置于低溫液體 外，從而可W有效的保護COD規(guī)，運使得立點彎曲試樣成為低溫延性斷裂初性/IC測試中試樣 形式的唯一選擇。在延性斷裂初性/IC試驗過程中，需要獲得施力點位移K-載荷/??線，而對 于=點彎曲試樣，由于COD規(guī)只能測得水平方向的缺口張開位移，不能直接得到豎直方向的 施力點位移，如圖1所示，繼而試驗不能獲得有效的延性斷裂初性/1C。目前，大多數(shù)測試者都 是直接利用試驗機機架位移近似代替施力點位移，由于試驗機機架位移包括施力點位移、 設備位移、橫梁位移、試樣彈性位移及試驗卡具彈性位移，運就導致試驗得到的試驗機機架 位移遠遠大于施力點位移，從而造成測試誤差。 【實用新型內容】
[0003] 為了解決延性斷裂初性/IC試驗中S點彎曲試樣施力點位移無法測試的問題，本實 用新型提供了一種S點彎曲試樣延性斷裂初性/IC測試裝置。該方法借助雙刀口裝置獲得不 同高度的COD規(guī)張開位移，計算得到S點彎曲試樣的施力點位移，進而獲得S點彎曲試樣的 延性斷裂初性/ie,使得高強高初合的安全評價工作可W有效的開展。
[0004] 為實現(xiàn)上述技術目的，所采用的技術方案是:一種=點彎曲試樣延性斷裂初性/IC 測試裝置，設有兩組對兩個COD規(guī)夾緊的雙刀口裝置，兩個COD規(guī)呈不同高度設置，左雙刀口 裝置和右雙刀口裝置分別設在=點彎曲試樣缺口的兩側，每個雙刀口裝置的兩側的卡臂分 別通過螺栓夾設在=點彎曲試樣上，雙刀口裝置的兩個刀口呈上下設置，并設置在=點彎 曲試樣上方，在測試前，左雙刀口裝置和右雙刀口裝置的兩個刀口刃在水平方向上對齊，水 平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個COD規(guī)，每個雙刀口裝置的兩個刀口刃在豎直方向上 對齊。
[0005] 本實用新型所述的螺栓和=點彎曲試樣之間設有墊片。
[0006] 本實用新型所述的螺栓的螺栓頭為弧面，墊片的中屯、設有與螺栓頭相匹配的凹 槽。
[0007] -種S點彎曲試樣延性斷裂初性/ic測試裝置的測試方法，包括W下步驟：
[0008] 步驟一、將左雙刀口裝置和右雙刀口裝置安裝在=點彎曲試樣缺口的兩側，使左 雙刀口裝置和右雙刀口裝置的兩個刀口刃在水平方向上對齊，每個雙刀口裝置的兩個刀口 刃在豎直方向上對齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個COD規(guī)；
[0009] 步驟二、利用S點彎曲試驗機對S點彎曲試樣施加載荷，兩個COD規(guī)給兩側的兩個 刀口施加張力，使左雙刀口裝置和右雙刀口裝置相對S點彎曲試樣不發(fā)生滑動，測試左雙 刀口裝置上刀口與右雙刀口裝置上刀口的張開位移內和左雙刀口裝置下刀口與右雙刀口 裝置下刀口的張開位移K2，由公式
[0010] 式中：
[0011] g-施力點位移；
[001^ S-S點彎曲試樣跨距；
[0013] K/-左雙刀口裝置下刀口與右雙刀口裝置下刀口的張開位移；
[0014] K2-左雙刀口裝置上刀口與右雙刀口裝置上刀口的張開位移；
[001引。-下刀口和立點彎曲試樣表面之間的距離；
[0016]況-上刀口和立點彎曲試樣表面之間的距離；
[0017]即可獲得；點彎曲試樣的施力點位移g，采用多試樣法獲得；點彎曲試樣的A a-/ 阻力曲線、延性斷裂初性/ic和平面應變斷裂初性Ac。
[001引本實用新型有益效果是：
[0019] 該方法借助雙刀口裝置，通過測試不同高度的COD規(guī)張開位移，利用幾何原理計算 得到=點彎曲試樣的施力點位移，繼而得到試樣的延性斷裂初性/IC，得到的數(shù)據(jù)準確性高、 誤差低。運使得高強高初合金的安全評價工作可W有效的開展。同時該裝置具有拆卸方便， 可W重復使用等優(yōu)點。
【附圖說明】

[0020] 圖1為現(xiàn)有技術中COD規(guī)測缺口張開位移示意圖；
[0021] 圖2為本實用新型施力點位移測試原理圖；
[0022] 圖3為本實用新型雙刀口裝置裝配平面示意圖；
[0023] 圖4為本實用新型雙刀口裝置的側視結構示意圖；
[0024] 圖5為本實用新型雙刀口裝置裝配立體示意圖；
[0025] 圖6為本實用新型雙刀口裝置的立體結構示意圖；
[0026] 圖7為本實用新型實施例X70管線鋼斷裂初性/IC試樣正視形式及尺寸；
[0027] 圖8為本實用新型實施例X70管線鋼斷裂初性/IC試樣俯視形式及尺寸；
[002引圖9為本實用新型1#試樣COD規(guī)張開位移Ki/ K2-載荷飾6線；
[0029] 圖10為本實用新型1#試樣施力點位移g-載荷/??線；
[0030] 圖11為本實用新型X70管線鋼J積分與裂紋擴展量A a的關系曲線圖；
[0031 ]圖12為本實用新型螺栓的結構示意圖；
[0032] 圖13為本實用新型墊片的結構示意圖；
[0033] 圖中：1、雙刀口裝置，101、卡臂，102、螺栓，1021、螺栓頭，2、左雙刀口裝置，3、右雙 刀口裝置，4、S點彎曲試樣缺口，5、S點彎曲試樣，6、C0D規(guī)，7、墊片，701、凹槽。
【具體實施方式】
[0034] -種S點彎曲試樣延性斷裂初性/IC測試裝置，通過測試不同高度的COD規(guī)張開位 移，利用幾何原理計算得到S點彎曲試樣的施力點位移，測試原理見圖2,施力點位移g可由 公式(2)計算獲得。
[0035] (1)
[0036] (2)
[0037] 式中；
[0038] g-施力點位移；
[0039] S-S點彎曲試樣跨距；
[0040] Ki，兩個刀口的張開位移；
[OOW 幻，現(xiàn)-兩個刀口和試樣表面之間的距離；
[0042] 施力點位移的測試借助雙刀口裝置來實現(xiàn)。雙刀口裝置包括一對雙刀口、墊片和 螺栓等。一對雙刀口分別置于=點彎曲/IC試樣缺口的兩側，由四個墊片和四個螺栓分別從 前、后、左、右固定雙刀口，保證試樣缺口兩側的刀口在同一個水平線上，如圖3、4、5所示，并 且在COD規(guī)給兩個刀口施加張力時保證其相對試樣不發(fā)生滑動。
[0043] 采用輔助裝置間接測試=點彎曲試樣的施力點位移時存在W下問題：1.=點彎曲 試樣缺口每一側的兩個刀口刃在豎直方向上需對齊，如圖2所示，Al和Bl需在一條線上，A2 和B2也需在一條線上，運樣才能保證根據(jù)相似S角形轉化得到的施力點位移是正確的。2. S點彎曲試樣缺口兩側的刀口在水平方向上需對齊，如圖2所示，Al和A2需在一條水平線 上，Bl和B2也需在一條水平線上，同理也才能保證根據(jù)相似S角形轉化得到的施力點位移 是正確的。3 .在COD規(guī)對刀口施加向缺口兩側的張力時，刀口相對試樣不能發(fā)生相對滑動， 運樣才能保證在試驗過程中采集的所有數(shù)據(jù)，經相似=角形轉化的施力點位移是有效的。 綜上，1.本實用新型中的雙刀口裝置采用線切割一次成型，保證每一個雙刀口裝置上的兩 個刀刃在一條線上；2.兩個雙刀口裝置采用左右匹配設計，對應尺寸均一樣，而且螺栓定 位尺寸也一樣，運樣就可W保證缺口兩側的刀刃在同一條水平線上;3.采用螺栓定位，在螺 栓和試樣之間采用墊片大面積接觸受力，可W保證雙刀口裝置和試樣不發(fā)生相對滑動。
[0044] 如圖6、12、13所示，一種立點彎曲試樣延性斷裂初性/IC巧聯(lián)裝置。借助的雙刀口裝 置包括用于安裝兩個COD規(guī)的左雙刀口裝置和右雙刀口裝置，W及用于定位和安裝雙刀口 裝置的帶有中屯、凹槽的墊片和帶有弧面螺栓頭的螺栓。
[0045] 如圖5所示，雙刀口裝置的安裝順序為:將左雙刀口裝置和右雙刀口裝置分別安裝 在距離S點彎曲試樣缺口 5mm的左右兩側，在前左、前右、后左、后右四個位置加上帶有中屯、 凹槽的墊片，并從四個位置同時安裝螺栓，將螺栓頭壓設在墊片上，安裝過程中保證左右兩 側的雙刀口裝置保持水平狀態(tài)。
[0046] 實施例1
[0047] -種S點彎曲試樣延性斷裂初性/IC測試裝置實用新型成功后，對多種牌號及不同 厚度管線鋼材料，進行了空氣與海水環(huán)境下的延性斷裂初性/ie試驗。下面W-個管線鋼材 料的試驗作為實施例。
[004引 1、試驗材料:X70管線鋼
[0049] 2、熱處理狀態(tài):調質
[00加]3、試驗溫度：23~25。(：環(huán)境相對濕度:40~50〇/〇
[0051] 4、試樣類型：SE(B)試樣，其形狀尺寸見圖7、8。
[0052] 5、試驗項目：延性斷裂初性/IC試驗
[0053] 6、試驗方法:將雙刀口裝置安裝在X70管線鋼SE(B)試樣上，采用兩個COD規(guī)測試兩 個刀口的張開位移Ki和K2,由公式(2)即可獲得試樣的施力點位移g，采用多試樣法獲得X70 管線鋼的A a-jp且力曲線、延性斷裂初性/IC和平面應變斷裂初性&C。
[0化4] 7、試驗結果：
[0化5] 7.1、施力點位移g
[0056]由于各試樣獲得施力點位移g的方法一樣，W下只給出1#試樣施力點位移g的試驗 結果。試驗機自動采集的1#試樣COD規(guī)張開位移Ki/K2-載荷/祖線見圖9,經由公式(1)處理得 到的1 #試樣施力點位移g-載荷/?線見圖10。
[0化7] 7.2、試驗數(shù)據(jù)
[0058] 由施力點位移g-載荷/祖線可W得到各試樣停機點載荷凡和塑性分量&，通過測量 可W得到各試樣的厚度公、寬度r、初始裂紋長度30和裂紋擴展量A 3,通過公式計算可W得 到各試樣的/值。試驗數(shù)據(jù)見表1。
[0059] 表1試驗數(shù)據(jù)
[0060]
[0061 ] 7.3、X70管線鋼A a-J且力曲線(見圖11)
[0062] 7.4、X70管線鋼Aa-J阻力曲線方程
[0063] /=312.07 X A 5784 (片0.9893)
[0064] 7.5、試驗結果(見表2)
[0065] 表2試驗結果
[0066]
【主權項】
1. 一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性/κ測試裝置，其特征在于:設有兩組對兩個COD規(guī)夾 緊的雙刀口裝置（1)，兩個COD規(guī)(6)呈不同高度設置，左雙刀口裝置(2)和右雙刀口裝置(3) 分別設在三點彎曲試樣缺口（4)的兩側，每個雙刀口裝置（1)的兩側的卡臂（101)分別通過 螺栓（102)夾設在三點彎曲試樣(5)上，雙刀口裝置（1)的兩個刀口呈上下設置，并設置在三 點彎曲試樣(5)上方，在測試前，左雙刀口裝置(2)和右雙刀口裝置(3)的兩個刀口刃在水平 方向上對齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個COD規(guī)(6)，每個雙刀口裝置（1)的兩個 刀口刃在豎直方向上對齊。2. 如權利要求1所述的一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性/κ測試裝置，其特征在于:所述 的螺栓(102 )和三點彎曲試樣(5 )之間設有墊片(7 )。3. 如權利要求2所述的一種三點彎曲試樣延性斷裂韌性/κ測試裝置，其特征在于:所述 的螺栓（102)的螺栓頭（1021)為弧面，墊片（7)的中心設有與螺栓頭（1021)相匹配的凹槽 (701)〇
【文檔編號】G01N3/20GK205719813SQ201620609945
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】鄭國華, 查小琴, 馬江南
【申請人】中國船舶重工集團公司第七二五研究所