HB 5142-1996金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法

HB 5142-1996金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法 HB 5142-96 1996-09 一 13 发布 1997 一 01 一 01 实施 中国航空工业总公司 批准 中华人民共和国 空工业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 1 主题内容与适用范围 金属材料平面应变 断裂韧度 K1C试验方法 HB 5142-96 代替 HB 5142-80 本标准规定了测定金属材料平面应变断裂韧度的试验设备、试祥及制备、试 验程序和试验 结果的处理。 本标准适用于在室温 15-35'C条件下，用厚度大于或等于 6m血的带 有疲劳裂纹的三点 弯曲 SE(B)、紧凑拉伸 C(T) 、c形拉伸 A(T)和圆形紧凑拉伸 DC(T)试样， 测定金属材料平面 应变断裂韧度 KJC值。当由于试祥尺寸不足而不能得到 K，c时，还可按本 标准规定计算试样强 度比h值。 2 引用标准 金属拉伸试验方法 数值修约规则 引伸计标定与分级方法 GB228 GB 8170 GB 12160 JJG 139 拉力、压力和万能材料试验机检定规程 3 符号、名称及单位 本标准符号、名称及单位且表 10 符号 SE(B) 三点弯曲试样 C(T) 紧凑拉伸试样 A(T) I C形拉伸试禅 DC(T) I 圆形紧凑拉伸试佯 表 1 名 Rsb 三点弯曲试样的试样强度比 Rsc紧凑拉伸试样的试样强度比 R田 IC形拉伸试祥的试样强度比 称 Rsdc 圆形紧凑拉伸试样的试样强度比 Rsx I 试样强度比 μ |泊桑比 中国航空工业总公司 1996-09-13 发布 单位 1997-01-01 实施 1 HB 5142-96 续表 l 符号 术 语 单位 w 试样宽度 B 试样厚度 W-a 试样韧带尺寸 s 弯曲试样跨距 L 弯由试样总长度或 C形拉{申试样加载孔中心线处的 外圆弦长 r, C形拉伸试样的内半径 马 C形拉伸试样的外半径 C形拉伸试样加载孔的偏置尺寸 mm X D 圆形紧凑拉伸试样的直径 r 圆形紧凑拉伸试样的半径 f 平断口部分的宽度 a, 疲劳裂纹长度 a 裂纹长度(机加工缺口快度加疲劳裂纹长度) V 裂纹嘴两侧刀口张开位移 Vm 裂纹嘴两侧刀口最大张开位移 P 试验载荷 PQ 条件载荷 P- 试样所能承受的最大载荷 kN Prm.x 最大疲劳载荷 Ffm??n 最小疲劳载荷 E 弹性模量(平面应力条件 E'=E) GPa 有效弹性模最(平面应变条件E'=E/(1-γ))E' 民或σ2 材料的拉伸屈服点或非比例伸长应力 曲1Pa P 加载速率 kN/s K, 应力强度因子 K,c 平面应变断裂韧度 ~ K，c的条件值 MPam- 112 预制疲劳裂纹时的最大应力强度因子Kr_ Krmin 预制疲劳裂纹时的最小应力强度因子 LlK 应力强度因子幅度(LlK= Krm.x - K恤) Kr 应力强度因子速率 MPam- 1I2/s f(a/w) 试样几何形状因子 2 HB 5142-96 4 定义 4.1 应力强度因子民一线弹性介质中. I 型裂纹顶端的应力场强度。 式中: CJ??一垂直裂纹面的主应力; K,= lima.(2盯) 1/2 ?唱。， γ一计算出的有效应力所在位置到裂纹顶端正前方的直线距离。 4.2 平面应变断裂韧度K，c一应力强度因子岛的临界值，它表征材料抵抗裂纹失稳扩展的能 力，是度量材料韧度好坏的一个定量指标。其中罗马数字 I 指 I 型裂纹及裂纹顶端处于平面 应变状态。 4.3 试样强度比Rsx一此比值为无量纲量，它与试祥所能承受的最大载荷、试祥尺寸及材料 的屈服强度有关。各试样强度比的计算式见附录B、c、D、E(补充件)。与 K妃值不同。该比值 不是断裂力学指标。当~不满足 K，c试验有效性条件时，如果试样形状及尺寸相同，且最大 载荷是由于裂纹显著扩展.而不是塑性失稳造成的，此时，可以计算试祥强度比并作为材料韧 性的相对度量。 5 试验原理 5. 1 本标准采用带有疲劳裂纹的试祥，在弯曲或拉伸加载下，自动地 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 载荷与裂纹嘴的张 开位移.即 P …V 曲线，然后，在 P-V 曲线上，通过作图，确定出裂纹长度的表观扩展量为 2% (即作割线斜率(P!V)， = O. 95(P!V))时的载荷，将此载荷代入相应试样的 K，表达式中，计算 K，c的条件 KQ 值，如果试验结果满足本标准规定的有效性判掘，则 ~=KIC. 否则，试验结果无 效。 5.2 本标准测得的 K，c值，是表征在中性环境中，试祥的裂纹前缘近似处于三轴拉{申平面应 变状态，且裂纹顶端塑性区尺寸远小于裂纹尺寸时，材料所显示出的断裂抗力。 材料的 K，c值与加载速率和试验温度有关，本标准规定试祥加载速率应使应力强度因子 速率在 O.55-2.75MPam 的1. 范围内。 6 实验设备 6. 1 试验机 本试验可以采用各种形式的试验机，但应备有自动记录装置并满足 GB 228 中对试验机 及测量工具的各项要求。 6.2 夹具 试验夹具的结构应使摩擦力对被测载荷的影响减至最小。各类试样所用夹具列于附录 B、Co 6.3 sl伸计 引伸计应能准确指示裂纹嘴标距间的相对位移，且能稳妥地安装在试拌上。当试祥断裂 时，引伸计能自行脱开而无损坏。图 1 是本方法推荐的双悬臂梁夹式引伸计安装示意图。详 3 细说明见附录 A(补充件)。 整体加工的刀口 E也 5142-96 \ 咆阻应变片 、、 \ 气 \J主 1/ 20K 因 1 安装在整体刀口上的双悬臂夹式引伸计 记录仪 C, 6. 3. 1 试祥必须有一对精加工的刀口，用来支持引伸计并作为测定裂纹嘴 张开位移的参考 点，图 2是试样整体形刀口的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 示例。图 3 是用螺钉固定的附加刀口的 设计示例，其刀口问 距为 5mm. 有效标长等于螺钉孔中心距 2C加螺钉直径。图 4 是用快于胶 粘贴的附加刀口的 示例。 6.3.2 引伸计标定:引伸计使用前，应用引伸计标定器或其它装置，校核其线性度，标定器在 每个位移间隔上的重复性应在 0.0005mm 以内。 标定程序为?把引伸it装在标定器上，将召|伸计的工作量程分成 10 个等问隔进行标定。 然后取下引伸计，并重新装上，做第二次标定。如此至少标定三次，采用最小二乘法拟合直线 与每个位移读数间的最大偏差应不超过 0.0025皿丑。 4 HB 5142-96 ;函声寻 一最马、 0.8 C 注 1 、缺口巾 L钱亏??. 5 主兰主;2 45. <自 <60. 试样 附加刀口 1. 5 句 2 _.于- -一_ --F '=1 --- 注 2 45. <白 <60 0 白〈中 <90 0 i N 注2 1 有效标记~2C+螺钉直径<Wl/2. 2 刀口问距与附录A中的垫块尺寸相对应，刀口宽度不 得小于夹式引伸计量臂梁的宽度。 螺钉固定附加刀口的设计示例 最大 22 11 图 3 E.NEm.- 1. 3- 1. 5 注2 1 刀口问臣与附录A 中的垫块尺寸相对应。 z 引发缺口形状且图 8. 图 2 自 整体刀口设计示例 注 1 45 0 <自 <60 0 凡满足上述要求，且标长不超过各试样对标长的限制时(见附录 B、c、D、 日，各种型式的 引伸计均可采用。 5 。 < 注:适用于 10<:;8<(18 试样，对大试样应适当放大尺寸。 图 4 粘贴刀口的示例 HB 5142-96 7 试样 7. 1 试样数量 通常同一种状态的材料至少做 3 个有效数据或按有关标准规定的数量，因 此加工试祥时 必须有 3-6 件。 7.2 试样形状 试验形状示于本标准附录B、C、D、E。 7.2.1 标准试样的 W/B=2。 7.2.2 非标准试样的 W/B 不等于 2，弯曲试样可选用 1运W/B~4;其它试祥 可选用 2~W/Bζι非标准试样的裂纹长度 a也应在 0.45W-0.55W之间。应当注意，非标准试样 的试验结果可能与标准试祥的试验结果不一致。 7.3 试样尺寸 7.3.1 平面应变断裂韧度试验所要求的试样尺寸与材料的断裂韧度/屈服强度的平方成正 比，因此本标准只给出试样的尺寸比例。 7.3.2 按照本标准规定，试样厚度 B应大于 2.5(Kda.)' ， 如果坯料的形状、大小不可能提供 厚度和裂纹长度都大于 2.5(Kdψ2 的试样，则不可能用本标准进行有效的 K;，测量。 7.3.3 为了确定试样尺寸，应当预先估计一个材料的 K，，:值o 当己知试验材料的 KIC范围时， 建议取偏离的 Krc值确定试样尺寸。如果估计不出材料的 Kω值，可以根据民/E值来选择试样 尺寸(表 2)。除了韧性非常好的材料外，推荐表 2 的尺寸。当确知 2.5(Krca.)' 比表 2 的推荐 尺小得多时，可以采用较小的试样。当测得有效的 Krc结果后，可在随后的试验中将试样尺寸 减小到 a、B~豆2. 5 (Krcl;.)' 0 表 2 按 σjE值推荐试祥最小厚度尺寸表 σjE 最小厚度 0.0050-0.0057 0.0057-0.0062 0.0062-0.0065 O.ω65-0.0068 0.0068-0.0071 0.0071-0.0075 。 .0075-0.0080 。 .0080-0.0085 0.0085-0.0100 7.4 试样制备 6 关0.0100 75 63 50 44 38 32 25 20 12.5 6.5 mm HB 5142-96 7.4. 1 材料的断裂韧度与裂纹面取向和裂纹扩展方向有关。所以，试祥应按下述规定注明裂 纹面取向和裂纹扩展方向。一般采用两个字母来标记，第一个字母表示裂纹平面的法线方向; 第二个字母表示预期的裂纹扩展方向。标记方法见图 5 和图 6。如果试样与两个参考轴成倾 斜角度时，则用三个字母标记裂纹面的取向和裂纹扩展方向。标记方法见图 70 图 5 矩形断百板材中裂纹面取向和裂纹扩展方向的标记规定 L一位度或主变形方向òT一宽度方向或最小变形方向 ;S一厚度方向或第三正交方向。如 T一L试样T表示裂纹面的法 线方向.L为预期的裂纹扩展方向。 图 6 棒材及国饼中裂纹面取向和 裂纹扩展方向的标记规定 卢-一'二二 L 图 7 试样与两个参考轴成倾斜角度时，裂 纹面取向和裂纹扩展方向的标记规定 L-j!;度方向或主变形方向 ;R一径向方向;0一圆周或切钱方向。如 C-L试祥 C表示裂纹面的法线方??oJ. L 为预期的 裂纹扩展方向。 丑如 L-τ3试样.L表示裂纹面的法线方向，在T和 s方向之间为预期的裂纹扩展方向汀百 L试样.表示裂纹平面的 法线是 T和 S方向间的一个方向.L为预期的裂纹扩展方向。 7.4.2 试样的尺寸公差和粗糙度应满足本标准附录B、~D、E 中图 Bl、Cl、Dl、El 的要求。 7.4.3 疲劳裂纹引发缺口共有四种形式(且图 8)，山形缺口的根部半径小子或等于 0.25mm. 7 E也 5142-96 其余缺口的根部半径应小于或等于 0.08mmo 7.4.4 制备疲劳裂纹应满足下面两点要求: 裂纹长度 a应在 0.45W-0.55W 之间，疲劳裂纹在试样表面上的长度应满足图 8 中注 1-3的要求。 8 试验程序 8.1 B 和W 的测量 8.1.1 B 的测量.从疲劳裂纹顶端至试祥的无缺口边，沿着预期的裂纹扩展线，至少在三个等 间隔位置上测量厚度 B，测量精度不低于 0.02皿丑，取三次测量的平均值作为 B。 8. 1. 2 W的测量:按附录 B、巳D、E 中各试样的规定。 8.2 试样疲劳裂纹的制备 8.2.1 疲劳试验设备 一般应采用正弦载荷控制或位移控制加载的疲劳试验装置，如循环载荷保持恒定，则最大 凡的帽值将随裂纹长度的扩展而增加。如位移保持恒定，则最大 K，值和民的幅值将随裂纹 长度的扩展而减小。任何一种加载形式都必须保持施加的应力在试样厚度方向上均匀分布， 并且在预期的裂纹扩展面两侧对称分布，以确保裂纹前缘均匀平直地向前扩展。 8.2.2 疲劳试验用夹具 本标准推荐的断裂试验用夹具均适用于制备疲劳裂纹。但均应通过试验进行民的标定。 一般误差不应大于 5%，通常可采用实验法和数值 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 法确定，但前者能准确模拟实验夹具的 边界条件。如三点弯曲试样，采用断裂试验相同的支座预制疲劳裂纹， K，标定比较正确，相 ，标定发生较大误差。 反，如采用悬臂弯曲反向疲劳加载， K 8.2.3 预制疲劳裂纹 ι2. 3. 1 试样预制疲劳裂纹时的热处理状态，应当与做 K，c.试验时的热处理状态一致。 8.2.3.2 在试样的两个侧面上，垂直于裂纹扩展方向用铅笔或其它工具画两条线，第一条线 与 0.50W相近，第二条线与第一条线的距离应不小于缺口加疲劳裂纹总长度的 2.5%。当疲 劳裂纹扩展到第二条线上时，应当减小最大疲劳载荷或位移，使裂纹扩展的最后阶段的最大疲 劳应力强度因子的最大值K.~<O. 6K., 0 8.3 断裂试验 8. 3. 1 选定适合试验载荷范围的试验机，调整 X-y记录仪，确定合适的放大倍数，使记录曲 线线性部分的斜率在 0.7- 1. 5 之间，最佳在1. 0 左右，曲线的开始部分可能出现非线性，这是 允许的。可采用预先加、卸载的办法改善。但加、卸载所对应的应力强度因子不能超过预制疲 劳裂纹最后阶段的应力强度因子水平。 8.3.2 选定合适的加载速率，通常在 0.55-2.75MPam-山/8 范围内。 8.3.3 进行缓慢的加载，绘制 P-V 曲线，如图 9 所示。通常在断裂韧度测试中有三种典型 曲线。 8 HB 5142-96 O. 45W - O. 55W 山形缺口 疲劳裂纹 注2 和注4101 注 5 主E V 2巳 =『\、， vz 戒劳裂纹注 1 自 <90 0 中，L、线 土 O. 005W O. 45W - 0.55W 直通形缺口 疲劳裂纹注 3 和注 4 D<W 11 0 上 O. 45W - O.55W 末瑞为困孔的缺口 1皮劳裂纹 (b) 山形缺口的某些规定 注 1 对于山形缺口，应该在试样的两个表面上都出现疲劳裂纹.A= C，偏差 O.OlW 以内。 2 对于直通形缺口.试样表面上的疲劳裂纹t主度应不小于 0.02押或者不小于1. 3皿也 取其中之较大者。 3 对于末端为圆孔的缺口，从圆孔上的应力集中摞算起，疲劳裂纹的扩展量应不4 于 0.050W或不小于 1.3m血，取其中之位大者。 4 裂纹引发缺口应垂直于试样表面和预期的扩展方向，偏差在土 2'以内。 5 缺口宽度N不小于 1.6m皿。 图 8 疲劳裂纹引发缺口的四种形式 8.3.4 当 P-V 曲线达到试样失稳状态后，即可卸下引伸计将试祥拉或压断，以 长度 a值。 8.4 a 的测量z 试样断裂以后，在断口上测量裂纹长度 a通常采用放大倍数不低于 20倍的工具显微镜进 行测量，其测量精度不低于 O.Olmm，并取沿厚度方向 1/础， 1/姐， 3/4B 三处从缺口外边或加 载线到裂纹前缘的长度平均值作为裂纹长度 a， !!Pa=(电+ a, + ..)/3 计算 KQo 疲劳裂纹前缘 应满足下列要求，否则试样应予报废。 9 (.)引发缺口和疲劳裂纹 O. 45W - 0.55W 组丝切割的缺口 HB 5142-96 p_ A夕|P p,=p, II I I I V 因 9 P-V 曲线 国问\【固守 \-h a, a, ; 国 a, 咀f a 5 因 10 裂纹长度的测量位置 8.4.1 .;a，、匈中任意两个测量之差不大于 a 的 10% 。 8.4.2 对于山形缺口，试祥表面上的裂纹 a1.... a5 应从山形缺口根部产 生。 a，、屯与 a 之差不得 大于 10%. 且.，、电之差也不得大于 a 的 10% 。 8.4.3 对于直通形缺口， a1;;as 与 a之差不得大于 15%. a，、';之 差也不得大于 a 的 10% 。 8.4.4 裂纹面与 BW平面应平行，偏差在土10;以内。 8.5 断口形貌观察 应注意每个试样的断口形貌特征。常见的断口形貌类型示于图 110 10 HB 5142-96 缺口 f 或或 ~ (a) (b) j (c) 部分斜断口大部分斜阳f口全部斜断口 图 11 常见的断口形貌 对(a)型或(b)型断口，应在裂纹顶端和试样无缺口边之间测量中心平断口部分的平均宽 度 f.记下单位厚度斜断口的比例(B- f)/Bo (c)型断口为全斜断口。 9 试验结果处理 . 1 确定 PQ值试验中得到的载荷一位移曲线类型如图 9 所示。过记录曲9 线的线性段作直线 OA. 并通过 0点画害IJ线 OP，.割线斜率(P/V)， = O. 95(P/V )o. (P/V)。是直线 OA的斜度。如 果在 P，以前，记录曲线上每一点的载荷都低于 P，.则取 PQ=P，.如图 9 中 I 型曲线;直日果在 P， 以前，还有一个超过乌的最大载荷，则取此最大载荷为 PQ?? 如图 9 中 E 、 E型曲线。 9.2 计算载荷比P_/PQ:若 P-/PQ 小于或等于1. 10. 则可按本标准附录B、C、D、E 中的规定 计算相应试样的 KQo 若 P-/PQ 大于1. 10. 贝IJ该试验不是有效的 K1C 试验。 9.3 计算 2.5(~/a.l':若该值等于或小于试祥厚度 B和裂纹民度 a. 则 ~=KIC'否则试验结 果无效。 9.4 若试验结果不满足 9.2 或 9.3 的要求，或两者都不满足时，应该用加大试祥重新测定 KICO 试样尺寸至少应为原试样的 1. 2 倍。 9.5 凡不满足 9.2 或 9.3 要求的试验，如果最大载荷是由于裂纹扩展造成的，可按附录 B、c、 D，E 给出的Rsx计算式计算相应试样的试样强度比。 10 试验报告 试验报告应包括: 11 HB 5142-96 a. 试样编号、类型、裂纹面取向; b 材料的原始状态和屈服点或非比例伸长应为如 2: C. 试祥厚度 B、宽度W、C形试祥加载孔的偏置尺寸 X、外半径马和内半径 町等; d 预制疲劳裂纹的条件，包括疲劳裂纹扩展最后阶段，至少在裂纹总长度(缺 口长度加疲 劳裂纹)2.5%的最后扩展阶段中，所用的最大应力强度因子 K_循环次数N 和应力强度因子 范围t.K; e. 裂纹长度 a，、邮电、向 ...as; f 试验时的温度和相对湿度; E 用几表示的加载速率??'; h. 载荷一位移记录曲线及有关的计算3 1. 断口外貌特征， K，c有效条件 P-/PQ及 2. 5(~/aY. 或 KQ不能作为有效 K，cj. 注明 的原因; k 试样强度比 R匾。 12 E丑 5142-96 附录 A 双悬臂梁夹式引伸计的设计 (补充件) A1 双悬臂梁夹式引伸计包括两个悬壁梁和一个垫块，用螺钉连接在一起。在每根梁的拉伸 固和压缩面上粘上电阻应变片 T，、T，; c，.、c;并连接成桥路，几图A1。引{申计梁应选用 σIE 值高的材料。可以用固溶处理的 13V -l1Cr- 3Al钦合金。梁和垫块的详细尺寸示于图A1、 A2。按这些尺寸加工成的引伸计，其线性工作范围为 3.7-3.76mm，推荐标长为 5-6.5mm。 如果想改变标伏，只需变更垫块的高度。引伸计的精度应满足位移读数和最小二乘法拟合的 +0.0025mm 以内。 直线间的偏差在 13 ?? 1J.1 的-，-制呐的【 n-D 』节问 -O锅内一41. 2 士 O. 05 ;K 45 <>倒角G RO. 1 - 0.15 配 注 ;2 X (??2孔是应变片导线引出孔 图A2 垫块 13 O. 7 士。 05 悬臂梁图A1 HB 5142-96 附录 B 弯曲试样试验的具体要求 (补充件) B1 试样 B1. 1 标准弯曲试样的 W/B=2.名义跨距 S=4W. 见图B1。 B1. 2 非标准弯曲试样 1运W/Bζ4. S=4W;或 W/B=2. SlW=3 或 50 图 Bl 弯曲试样 SE(B) 的标准比例和公差 B2 弯曲试验支座，一般设计原则如图 B2 所示。当试样被加载时，支承银 应能转动并稍微向 外移动，以减小摩擦力的影响。试验开始时，应当用低张力弹簧(或橡皮筋) 使支承辘固定住， 以便获得准确的跨距。 mmz-mc 』pmoo- 制 -P 2. 1 W 中 试梓 --一 用于固定弹簧或橡皮筋 >W S I f;申汁1. 1D 下 =L白咀.。 2. 5 也 4. 0 三点弯曲试样支座 >W 图B2 W/2 <D<W 支承辘尺寸 14 HB 5142-96 83 83.1 尺寸测量:在缺口附近至少三个位置上测量试样宽度 W，准确到 0.01mm 或 0.1%W (取其大者)，计算平均值。 曰:弯曲试样的试验 B3.2.1 安装试验夹具，使加载线通过跨距的中点，偏差小于跨距的 1% ， 如跨距为 100mm， 则偏差应小于 1mmo 测量跨距，准确到名义长度的 0.5% 。 B3.2.2 放置试样，使裂纹顶端位于跨距的正中，准确到跨距的 1%，同时试 样应与支承辐垂 直，偏差在:!: 2'以内。并保证支承辑和压头与试样的接触面互相平 行，偏差不得大于 0.002Wo B3.2.3 安装引伸汁，将整体刀口与引伸计的凹槽配合好。使用附加刀口时， 应将刀口固定。 B3.2.4 试样的加载速率应使应力强度因子速率在 0.55-2.75MPam- 1!2/s 之间。对于 25mm厚，W=2B的标准试样，相应的加载速率在 0.28- 1. 43kN/s 之间。 B4 计算 B4.1 S/W=4 的标准三，点弯曲试样的~按下式计算: ~= (PQS/BW'!2)f(a!W) ................................. (B1) 式中: 3(a/W)的[1. 99 一(a!W)(l- a!W) x (2.15 - 3. 93a!W + 2. 7a'/W') 1 f( a!W) 2( 1 + 2a!W) (1 - a!W)'/2 为便于计算 KQ值，将 a/W=0.45-0.55 所对应的 f( a!W)值列于表团。 表 B1 S/W=4 的三点弯曲试样的 f(a!W) a!W f(a!W) a!W fCa!W) 0.450 2.29 0.505 2.70 0.455 2.32 。 .510 2.75 0.460 2.35 0.515 2.79 0 .465 2.39 0.520 2.84 0.470 2.43 0.525 2.89 0.475 2.46 0.530 2.94 0.480 2.50 0.535 2.99 0.485 2.54 0.540 3.04 0.490 2.58 。 .545 3.09 0.495 2.62 。 .550 3.14 0.500 2.66 S/W=5 的非标准三点弯曲试样的~按式 B1 和表B2、B3 计算。 B4.2 S/W=3、 15 HB 5142-96 表B2 S/W=3 的三点弯曲试样的f(a/W) a/W 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.450 2.24 2.24 2.25 2.26 2.26 2.27 2.28 2.28 2.29 2.30 0.460 2.30 2.31 2.32 2.32 2.33 2.34 2.34 2.35 2.35 2.36 0.470 2.37 2.38 2.39 2.40 2.40 2.41 2.42 2.42 2.43 2.44 0.480 2.44 2.45 2.46 2.47 2.48 2.49 2.49 2.50 2.51 2.52 ?? 0.490 2.52 2.53 2.54 2.55 2.56 2.56 2.57 2.58 2.59 2.60 0.500 2.60 2.62 2.63 2.63 2.64 2.64 2.65 2.66 2.67 2.68 0.510 2.69 2.70 2.70 2.72 2.72 2.73 2.74 2.75 2.76 2.77 。 .520 2.78 2.79 2.80 2.80 2.82 2.82 2.83 2.84 2.8呈 2.86 0.530 2.87 2.88 2.89 2.90 2.91 2.92 2.93 2.94 2.95 2.96 0.540 2.97 2.98 2.99 3.00 3.01 3.02 3.03 3.04 3.06 3.06 0.550 3.08 3.09 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.18 表 B3 S;W=5 的三点弯曲试样的 f(a/W) a/W 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 。 .007 0.008 0.009 0.450 2.31 2.32 2.32 2.33 2.34 2.34 2.35 2.36 2.36 2.37 0.460 2.38 2.39 2.40 2.40 2.41 2.42 2.42 2 .43 2.44 2.44 0.470 2.45 2.46 2 .47 2.48 2.48 2.49 2.50 2.50 2.51 2.52 0.480 2.53 2.54 2.54 2.55 2.56 2.56 2.57 2.58 2.59 2.60 。 .490 2.60 2.61 2.62 2.63 2.64 2.64 2.65 2.66 2.67 2.68 0.500 2.69 2.70 2.70 2.71 2.72 2.73 2.74 2.74 2.76 2.76 0.510 2.77 2.78 2.79 2.80 2.81 2.82 2.82 2.84 2.84 2.85 0.520 2.86 2.87 2.88 2.89 2.90 2.91 2.92 2.93 2.94 2.95 0.530 2.96 2.97 2.98 2.99 3.00 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 0.540 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.16 。 .550 3.16 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.26 3.26 16 HB 5142-96 B4 .3 弯曲试样的试样强度比按下式计算z 6P W Rb=Ewtl立…. . . . . . .….. ... ..... . ... .. . ....…. . 四) B4 .4 弯曲试祥采用柔度法计算裂纹长度。 B4 .4.1 弯曲试样的裂纹嘴张开柔度计算方程t V.JP= (S/E'BW)q(帚)……….. (因) 式中: q(奇) =6(奇)[0.76-2 却蚓(奇)+川 弯曲试样裂纹嘴张开柔度值的简化计算表见表 B归4: 三点弯曲试样裂纹嘴张开柔度 q(a!W)值表 表B4 a!W q( a!W) a!W q(a!W) 0.450 6.79 0.505 9.17 0.455 6.97 0.510 9.43 0.460 7.16 0.515 9.70 0.465 7.36 0.520 9.98 0.470 7.56 0.525 10.27 0.475 7.77 0.530 10.57 0.480 7.98 0.535 10.88 0.485 8.21 0.540 11. 19 0.490 8.44 0.545 11. 53 0.495 8.67 0.550 11. 87 0.500 8.92 B4.4.2 三点弯曲试样裂纹长度汁算用表达式z a!W=O. 9997-3. 95U+2. 982U' -3.214U' + 51. 5u' -113.0U' ......... (B4) 式中:U = 1/ I [(E'BV .JP) (4S/W) 1ω| 以上 B3 和 m两式均只适用于图 2 整体刀口标距尺寸的计算，对附加形刀 口必须与整体 刀口具有相同的标距尺寸。 17 Cl 试样 HB 5142-96 附录 C 紧凑拉伸试样试验的具体要求 (补充件) C1. 1 紧凑拉伸试样的尺寸比例和加工精度示于图 C10 C1. 2 非标准紧凑拉伸试样的 2~W/B运4，其它尺寸比例不变。 中 O. 25W 士。. 005W a II~o. 2%3AI -W 士 O.005W B 1. 25W 土 O.OlOW 8-0. 5W 主 o. 01 OW 图 C1 紧凑拉伸试样 C(T) 的标准比例和公差 c2拉伸试验用 u形钩夹具 C2 .l 拉伸试验 U形钩:紧凑拉伸试祥、C形拉伸试祥和圆形紧凑拉伸试样所用拉{申试验 U 形钩的尺寸相同，如图口所示。 C2.2 图口所示的 U形钩适用于 W/B=2(B>12.7mm)和 W/B=4(B;二12.7mrn)的试祥。 若用屈服点大于 1930r.在Pa 的马氏体时效钢制做U形钩和销轴，则它们对 7.3.3 表2推荐的试 样尺寸，己具有足够强度，如果制造夹头的材料强度较低或试样尺寸大于相应的 σjE 值推荐 的试样尺寸时，夹头必须加厚。 c3试验步骤 口. 1 尺寸测量，紧凑拉伸试样的宽度W和裂纹长度 a从加载孔中心线量起。可以先从试样 缺口边测量，然后减去缺口边至加载孔中心线的距离。在缺口附近至少三个位置上测量 W， 准确到 0.025mr丑或 0.1% W(取其大者)，记下平均值。 口.2 紧凑拉伸试样的试验 C3. 2.1 安装 U形钩，上、下加载杆中心线偏差在 0.76mm 以内。试样应位于 U形钩的正 中，偏差在 0.76mm 以内。 18 HB 5142-96 力H载杆螺纹直径|司 5l oo OO Lfll| -- 口唱」 Q ，、 『 -~L- 一- O. 25W 士。. 005W i< 呐 由 1.llo.o5lAI 国载 wwh :5 20 0 b 0 10. 5W+0. 015W 025Wh』 l-4025W O. 5W 土 O. 005W 俨一-叮 1 为便于安装引伸计，必要时可将 U形钩的角切埠。 注， 2 螺纹D的中心线应当通过 O.25W销孔的中心，并与加载平面垂直，偏差不得大于 0.05rnm.， 3 对于马大于 1379MPa的试样.U形绚和试样上的孔径可为 0.30~8 师W.销轴直径可为。.288+8ω，W 因臼拉伸试验U形钩 口.2.2 紧凑拉伸试样的加载速率应使应力强度因子速率在 0.55-2.75MPam- 1/2/s 范围 内。对于厚 25=， W/B=2 的标准试样，相应的加载速率在 0.31- 1. 59kN/s 之间。 C4 计算 C4 .1 紧凑拉伸试祥的 KQ按下式计算。 ~= (P~BWl/2)f( a!W) ………?…………… (Cl) 式中 f(奇) = (2+ 为了便于计算 KQ值，将 a!W=0.450-0.550 所对应的 f(a!W)值列于表 C10 表 C1 紧凑拉{申试样的f(a!W) a!W f( a!W) a!W f(旷W) 0.450 8.34 0.475 8.96 0.455 8.46 0.480 9.09 0.460 8.58 0.485 9.23 0.465 8.70 0.490 9.37 0.470 8.83 0.495 9.51 19 HB 5142-96 续表 C1 a!W f( a!W) a!W f( a!W) 0.500 9.66 0.530 10.63 0.505 9.81 0.535 10.80 0.510 9.96 0.540 10.98 。 .515 10.12 0.545 11. 17 0.520 10.29 0.550 11. 36 0.525 10.45 α.2 紧凑拉伸试样的试样强度比按下式计算z ~ 2P> 且.'; + .l . (α) E C4 .3 紧凑拉伸试样用柔度法计算裂纹长度。 C4. 3.1 紧凑拉{申试祥裂纹嘴张开柔度计算方程: V.JP= (1/E'B)' q(a!W) ... .....…...... ..…. . . . . . . . . .…. (口) 式中 :q(奇) = [19.75/(1一击)'J[0.5+0.192(奇) + 1. 385(告)' - 2. 9川奇)' + 1 阳(奇)'J 紧凑拉伸试样裂纹嘴张开柔度值的简化计算表见表口。 表口紧凑拉伸试样裂纹嘴张开柔度 q( a!W)值表 a!W q( a!W) a!W q( a!W) 0.450 44.16 0.505 55.94 0 .455 45.09 0.510 57.22 0.460 46.04 0.515 58.53 。 .465 47.02 0.520 59.88 。 .470 48.02 0.525 61. 28 0.475 49.06 0.530 62.73 0.480 50.16 0.535 64.22 0.485 51. 22 0.540 65.76 0.490 52.35 0.545 67.35 。 .495 53.51 0.550 69.00 。 .500 54.71 C4. 3. 2 紧凑拉伸试样裂纹民度计算用表达式z 奇= 1. 000 - 4. 500U… 13 四u' -172. 551 U' + 879. 944U' 臼14.671σ... (臼) 式中:U= 1/[1 + (E'BV.JP) 1/'J 上述口和臼两式均只适用于图 2 整体刀口标距尺寸的计算。对附加形刀口 必须与整 体刀口具有相同的标距尺寸。 20 HB 5142-96 附录 D C形拉伸试祥试验的具体要求 (补充件) D1试祥 D1. 1 W/B=2 的两种标准 C形拉伸试祥的常用比例示于图D1。对 rl/r2 未加限制，但 rl/ r2 =0 的实心圆柱体应采用圆形紧凑拉伸试样(见附录 E)o C形拉伸试样只适用于空心圆柱体。 D1. 2 C形拉Wì式样只能测定 C-R取向(即裂纹面的法线是圆周方向，裂纹扩展方向是径 向)的断裂韧度。其它取向，应采用弯曲(附录 B)或紧凑拉伸试祥(附录 C)。 D1. 3 比值X/W=0.5 的 C形拉伸试祥[见图D1(a) 1是个半环形，比值X/W=O 的 C形拉伸 试祥[见图D1 (b) 1是因环上所能截取的最小尺寸的 C形拉伸试祥。 D1 .4 非标准 C形拉伸试样的 2~豆W/B豆豆4，但其它尺寸的比例不变。 C 形拉伸试样选用非标 准试样更方便，因为这时对内径和外径都不用加工。 0, 25' 土 O. 01' ?斗 B-O. 5w 全 0 ， 01> (a) X/W;;;O.5 O. 25W 土 O ， OlW @1 2 'ψO. 25W :t O.Q05W -P反问。 B..O , 5'; 士 O. 0 l' (h) X/W-o 注 1 用尖头引伸ìt测加载者位移的妻考点。 2 加载孔的轴线应当和内径相切.偏差不大于 O.005Wo 因 D1 C 型试样图 D2 设备 D2.1 拉伸试验 U形锦:应符合图口要求。 D2.2 测量位移引伸计 对于X/W=O.5 的 C形拉伸试样，可以采用另一种方法测量位移，如图 Dl( a)所示。在两 个加载孔中心线所在平面与试样的 R 内困面交线的中点处，制备两个团锥形压痕，把带尖的 引仲计插入压痕中即可测量加载点间的位移。 21 HB 5142-96 8><#004699'>D3 试验步骤 <#004699'>D3.1 尺寸测量 <#004699'>D3. 1. 1 W 的测量=紧靠裂纹引发缺口的两侧，在厚度的中点处测量( f , 川，准确到 0.025mrn或 O.l%W(取其大者)，记下这两个数的平均值作为W。为此，还应该在另外四个位 置上(即在图田中的 1、2、3、4 点)测量比一川，其中两个尽可能地接近加 载孔，另两个近似在 裂纹面和加载孔之间的圆弧的中点处。若这四个测量值中有一个和 W之差大于 10% ，该试 样应作废或重新加工。 <#004699'>D3.1.2 X的测量:如图D2所示，在试样的两面测量距离 d，准确IJj O. 025mrn 或 1 %d，取其 中之较大者。用这两个测量结果的平均值减去 W，其差值记为 Xo 时.1. 3 测量外半径马，准确IlJ5%以内。用该测量值按下式计算马的平均值。 则 _ L' , (W + X) . (D1) 马牛皮W丰XI+ 2 旦 =1-W r2 r2 注:当 .jW不小于 0.3. 且 rtl'f2值的变化量不超过 10%时，对应力强度国于的影响不大于 1%，但如果坯块的轴对称性 偏差大于 10%，应该重新加工至该公盖以内。 <#004699'>D3. 1.4 裂纹长度的测量:试祥断裂后，按 8.4 规定测裂纹民度。由于试样为弧形，故对 C形 拉伸试样裂纹长度的测量有如下附加规定。如图<#004699'>D3所示，裂纹长度 a=m-e， m 为测量参考 点至裂纹前缘的距离。 e手 m-a，是裂纹长度测量值与实际裂纹长度之差。 e值可以从下式求 出: 白1 时 4)山(皿) 式中:g-一一裂纹嘴两侧的两个参考点之间的距离。 在用机械加工的刀口固定引伸计时， g 可能等于缺口宽度 N(凡图的或大于 N(如图 2) 。 若相对误差旷m<0.01，则取 m值为裂纹长度，否则，应从中减去 e，其差值记为裂纹长度。 <#004699'>D3.2 C形拉伸试样的试验 <#004699'>D3. 2.1 安装U形钩，上、下加载杆中心线偏差在 0.76mrn 以内。试样应位于 U形钩的正 中，偏差在 0.76mrn 以肉。 <#004699'>D3.2.2 C形拉仲试样的加载速率应使应力强度因子速率在 0.55-2.75MPam- lI'/s 范围 内。对于 25mm 厚， W/B=2 的标准试样，相应的加载速率为: a. 对 X!W=0.5 的试样， P 在 0.20-0.97kN/s 之间: b. 对 X!W=O 的试样， P 在 0.32- 1. 57kN/s 之间。 22 D4 计算 因四 C形拉伸试样尺寸 测量位置示意图 HB 5142-96 」 D4.1 C形拉伸试样的民按下式计算z <#004699'>D3 C形拉伸试样外半径马 图 和裂纹长度的测量 ~= (PQ/BW1/2 )[3X/W + 1. 9+ 1. 1a!W][1 + O. 25(1- a!W)'(1- rJr,) ]f(a!W) . (<#004699'>D3) 式中: f( a!W) = [(a!W) l/, /(1- a!W)312] [3. 74 - 6. 30a!W + 6. 32(a!W)' - 2. 43(旷W)'] 将a!W=0.450-0.550 所对应的 f( a!W)列于表Dl。 表Dl C形拉{申试祥的 f( a!W) a!W f(a!W) a!W f( a!W) 0.450 3.23 0.505 3.79 0.455 3.27 。 .510 3.85 0.460 3.32 0.515 3.91 0.465 3.37 0.520 4.97 0.470 3.42 0.525 4.03 0.475 3.47 0.530 4.10 0.480 3.52 0.535 4.17 0.485 3.57 0.540 4.24 。 490 3.62 。 .545 4.31 0.495 3.68 0.550 4.38 0.500 3.73 23 HB 5142-96 04.2 C形拉伸试样的试样强度比按下式计算 -2P_ (3 X + 2W + a) . (D4) B( W - a)';. D4 .3 C形拉伸试样用柔度法计算裂纹长度。 剧 3.1 C形拉伸试样裂纹嘴张开柔度计算方程z 对X1W=O 的试样: V..!P= [p，(毒)/E'B]' [0.43(1主)+也(毒) ] ...............….. (D5) H 马 W 式中 :P， (主)= (1 +主 )/(1 一主 )2l;W .I ........ WJI ........ W 也(奇)=0 向+ 13. 137 (奇)一 12 划(奇)'+6 而(奇)' 对X/W=0.5 的试样= Vm/P= [P2 (品)/E'B]'[0.45(1 一旦)+也品) ]…?……….. ...... (田)W 乌 W ( 式中:P2 (立) = (2+ 主)/(1一旦 )2l'W; ，~. W n ...... W 也(奇) =0.399+ 12ω(奇) - 9. 838(奇 )2 + 4. 6啡)' 上述表达式适用于 0.20<(奇<(0.80和山;;;;'0.40 0 C形试样裂纹嘴张开柔度 P，(a!W)、乌(a!W) 、q，(a!W)和'l2(a!W)的简化计算见表血。 表D2 C形试样裂纹嘴张开柔度'h (a!W)和电(a!W)值表 a P, (帚) 也{帚) 巳(帚) 也(奇)W 0.450 4.79 4.56 8.10 4.51 0.455 4.90 4.59 8.27 4.55 0.460 5.01 4.62 8.44 4.58 0.465 5.12 4.65 8.61 4.61 0.470 5.23 4.68 8.79 4.65 0.475 5.35 4.71 8.98 4.68 。 .480 5.47 4.74 9.17 4.71 。 .485 5.60 4.77 9.37 4.74 。 .490 5.73 4.80 9.57 4.77 0.495 5.86 4.82 9.78 4.81 0.500 6.00 4.85 10.00 4.84 24 HB 5142-96 续表国 a 已(奇) 也(奇) 民(奇) 也(主)w w 0.505 6.14 4.88 10.22 4.87 0.510 6.29 4.91 10.45 4.90 0.515 6.44 4.94 10.69 4.93 0.520 6.60 4.97 10.94 4.96 0.525 6.76 5.00 11.19 4.99 0.530 6.93 5.02 11. 45 5.02 0.535 7.10 5.05 11.72 5.05 。 .540 7.28 5.08 12.00 5.08 0.545 7.46 5.11 12.29 5.11 0.550 7.65 5.14 12.59 5.14 04.3.2 C形拉伸试样裂纹长度汁算用表达式. 对xJW=O 试样: 告=0 则 -3.4削- 0.17U2 + 24. 354U' -72. 805U' + 84. 375 σ ….. (四) 0.101(1一手))]叫 式中:U= 1/11 + [(E'BV;/P) (1个 '2 对X!W二 0.5 的试样 奇=0 蜘- 4. 082U - 5.0650V' + 86. 8川'- 313. 338σ+ω 1011.1' ????.?????? (回) 式中:U= 1/11 + [(E'BV ../P)(1 + 0.108(1一手))]叫 '2 上式适用于 0.20ζ品~0.80 和(旦 )~0.40. 其表达式拟合方程在 +0.003W 以内。VV . r2 2 整体刀口标距尺寸的计算，对附加形刀口必须与整 体刀口具有相同的标距尺寸。 25 HB51耳2-96 附 录 E (补充件) El 试样 E 1. 1 W/B=2 的标准圆形紧凑拉伸试祥的尺寸比例示于图 Elo E1. 2 非标准圆形紧凑拉伸试祥的 2运W/Bζ4，但其它尺寸比例不变。 C-O.25W 主 O.015W v 2 ;.: <?? O. 25W 全 O. 005; O a O W 士 o. 005' 日问 。 -- -- 注裂纹引发缺口顶端与试样两个表面的交点 d距加载孔中心线的距离应相等.偏差不大于 O.005Wo 回 E1 图形紧凑拉伸试样 DC(T) 的标准比例和公差 E2 拉{申试验 U形钩见图口。 E3 试验步骤 E3.1 尺寸测量， )\、 拉伸试样，除测量试样宽度和裂纹长度外，还需测量试样的圆 度。 E3. 1. 1 加工试祥之前，应检验试样毛坯的圆度。在试样毛坯圆周的八等分点上测量半径， 其中一个测量点应位于预期的缺口平面内。求这些测量结果的平均值，记为半径。若任意测 量值与 r之差大于 5%，应将毛坯加工到所要求的圆度。并要求 D=2r= 1. 35W。 E3. 1. 2 以加载孔中心线为基准，测量宽度W和裂纹长度 a(试样的缺口边可以作为实际测 量时的参考线，但为测量W和 a，还必须减掉加载孔中心线到缺口边的距离)。在靠近缺口至 少三点上测量W，准确i1J O. 025rnm 或 0.1 %W(取其大者)，记下平均值。 E3 .2 圆形紧凑拉伸试样的试验 2. 1 安装U形绚，上、下加载杆中心线偏差在 0.76mm 以内，试样应位日 于 U形钩的正中， 26 HB 5142-96 偏差在 0.76rnm 以内。 E3 .2.2 圆形紧凑拉伸试样的加载速率应使应力强度因子速率在 0.55-2.751\在Pamν;/s 范 围内。对于 B=25mrn. W/B=2 的标准试样，相应的加载速率为 0.30- 1. 49kN/s 之间。 E4 计算 E4 .1 圆形紧凑拉伸试样的~按下式计算: ~= (PQI'BW1/')f(a!W) ………....... .…............... (El) 式中= 一 (2 + a!W)[O. 76 +4. 8( a!W) -11. 58(a!W)' + 11. 43( a!W)' - 408(a!W)'l f(奇)一 (1- a!W)'I' 将a!W=0.450-0.550 所对应的 f(a!W)值列于表 E10 E1 f(a!W) 表 a!W f(a!W) a!W f(a!W) 0.450 8.71 0.505 10.34 0.455 8.84 0.510 10.51 0.460 8.97 0.515 10.68 0.465 9.11 0.520 10.86 。.470 9 , 25 0.525 11. 05 0.475 9.40 0.530 11. 24 0.480 9.55 0.535 11. 43 0.485 9.70 0.540 11. 63 。.490 9.85 0.545 11. 83 0.495 10.01 0.550 12.04 0.500 10.17 E4 .2 困形紧凑拉伸试样的试样强度比按下式计算g 一 2P~(2W+a)LE而τEZZ-UH--………. . . . . . . . .…...... (四) 剧 3 圆形紧凑拉伸试样用柔度法汁算裂纹长度。 凹， 3. 1 圆形紧凑拉伸试样裂纹嘴张开柔度计算方程= v./P=(阻'B)q(奇) .................................... (E3) 式中 :q(奇) = [14 对/(1一奇)'][0.469-0.056(奇) + 1. 86(扩- 2. 06(奇)' + o. 789(奇)'] q( a!W)值简化计算见表白。 圆形紧凑拉伸试样裂纹嘴张开柔度 27 HB 5142-96 表E 圆形紧凑拉{申试祥裂纹嘴张开柔度 q(a!W)值表 a!W q( a!W) a!W q(a!W) 0.450 43.4 0.505 56.5 0.455 44.4 0.510 57.9 0.460 45.5 0.515 59.4 0 .465 46.6 0.520 60.9 0 .470 47.7 0.525 62.5 。 .475 48.8 0.530 64.1 0.480 50.0 0.535 65.8 0.485 51. 2 0.540 67.6 0.490 52.5 0.545 69.4 。 .495 53.8 0.550 71.2 。 .500 55.1 E4 .3.2 圆形紧凑拉伸试样裂纹长度计算用表达式: 奇= 1. 0000 - 4.459U + 2. 066U2 -13. 041U' +旧 627Lr - 481 u'…(四) 式中 :U=l/[1+钮'BV.，/P) 1/2] 上述 E3 和日两个方程式，只适用于图 2 整体刀口标距尺寸的计算，对附 加形刀口必须 与整体刀口具有相同的标距尺寸。 附加说明: 本标准由中国航空工业总公司航空材料热工艺标准化技术归口单位提出并 归口。 本标准由中国航空工业总公司六二一所、三二0厂负责起草。 本标准主要起草人:杨永安、唐保林、蒋敏。 本标准首次发布日期为 1980 年。 28