一種三點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂韌性jic測(cè)試裝置的制造方法
【專利摘要】一種三點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂韌性JIC測(cè)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(jì)算得到三點(diǎn)彎曲試樣的施力點(diǎn)位移，進(jìn)而獲得三點(diǎn)彎曲試樣的延性斷裂韌性JIC，使得高強(qiáng)高韌合的安全評(píng)價(jià)工作可以有效的開展。
【專利說明】
-種H點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂初性JIC測(cè)試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于金屬材料斷裂力學(xué)性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種=點(diǎn)彎曲試 樣延性斷裂初性/IC測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著冶金質(zhì)量的提高，高強(qiáng)高初合金作為結(jié)構(gòu)材料在工程上應(yīng)用的越來越多，經(jīng) 常需要對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。平面應(yīng)變斷裂初性&是重要的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)指 標(biāo)，因此通過測(cè)試獲得高強(qiáng)高初合金的平面應(yīng)變斷裂初性&就顯得尤為重要。但是對(duì)于高 強(qiáng)高初合金，直接測(cè)試平面應(yīng)變斷裂初性成通常是不可行的，運(yùn)是由于在測(cè)試中若采用較 小尺寸的斷裂初性試樣，通常不滿足平面應(yīng)變&的判定條件公>2.5(化/&0.2)哺 1.1;在測(cè)試中若采用較大尺寸的斷裂初性試樣，試驗(yàn)機(jī)的容量通常達(dá)不到。目前對(duì)于高強(qiáng) 高初合金平面應(yīng)變斷裂初性成的測(cè)試是通過測(cè)試延性斷裂初性/1C，由轉(zhuǎn)化公式獲得 點(diǎn)彎曲試樣由于形式簡(jiǎn)單、加工快捷、代表性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為金屬材料斷裂力學(xué)性能檢測(cè)領(lǐng) 域中試樣形式的首選，尤其S點(diǎn)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(hù)COD規(guī)，運(yùn)使得立點(diǎn)彎曲試樣成為低溫延性斷裂初性/IC測(cè)試中試樣 形式的唯一選擇。在延性斷裂初性/IC試驗(yàn)過程中，需要獲得施力點(diǎn)位移K-載荷/??線，而對(duì) 于=點(diǎn)彎曲試樣，由于COD規(guī)只能測(cè)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(diǎn)位移，如圖1所示，繼而試驗(yàn)不能獲得有效的延性斷裂初性/1C。目前，大多數(shù)測(cè)試者都 是直接利用試驗(yàn)機(jī)機(jī)架位移近似代替施力點(diǎn)位移，由于試驗(yàn)機(jī)機(jī)架位移包括施力點(diǎn)位移、 設(shè)備位移、橫梁位移、試樣彈性位移及試驗(yàn)卡具彈性位移，運(yùn)就導(dǎo)致試驗(yàn)得到的試驗(yàn)機(jī)機(jī)架 位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于施力點(diǎn)位移，從而造成測(cè)試誤差。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為了解決延性斷裂初性/IC試驗(yàn)中S點(diǎn)彎曲試樣施力點(diǎn)位移無法測(cè)試的問題，本實(shí) 用新型提供了一種S點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂初性/IC測(cè)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(jì)算得到S點(diǎn)彎曲試樣的施力點(diǎn)位移，進(jìn)而獲得S點(diǎn)彎曲試樣的 延性斷裂初性/ie,使得高強(qiáng)高初合的安全評(píng)價(jià)工作可W有效的開展。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，所采用的技術(shù)方案是:一種=點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂初性/IC 測(cè)試裝置，設(shè)有兩組對(duì)兩個(gè)COD規(guī)夾緊的雙刀口裝置，兩個(gè)COD規(guī)呈不同高度設(shè)置，左雙刀口 裝置和右雙刀口裝置分別設(shè)在=點(diǎn)彎曲試樣缺口的兩側(cè)，每個(gè)雙刀口裝置的兩側(cè)的卡臂分 別通過螺栓夾設(shè)在=點(diǎn)彎曲試樣上，雙刀口裝置的兩個(gè)刀口呈上下設(shè)置，并設(shè)置在=點(diǎn)彎 曲試樣上方，在測(cè)試前，左雙刀口裝置和右雙刀口裝置的兩個(gè)刀口刃在水平方向上對(duì)齊，水 平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個(gè)COD規(guī)，每個(gè)雙刀口裝置的兩個(gè)刀口刃在豎直方向上 對(duì)齊。
[0005] 本實(shí)用新型所述的螺栓和=點(diǎn)彎曲試樣之間設(shè)有墊片。
[0006] 本實(shí)用新型所述的螺栓的螺栓頭為弧面，墊片的中屯、設(shè)有與螺栓頭相匹配的凹 槽。
[0007] -種S點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂初性/ic測(cè)試裝置的測(cè)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(diǎn)彎曲試樣缺口的兩側(cè)，使左 雙刀口裝置和右雙刀口裝置的兩個(gè)刀口刃在水平方向上對(duì)齊，每個(gè)雙刀口裝置的兩個(gè)刀口 刃在豎直方向上對(duì)齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個(gè)COD規(guī)；
[0009] 步驟二、利用S點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)對(duì)S點(diǎn)彎曲試樣施加載荷，兩個(gè)COD規(guī)給兩側(cè)的兩個(gè) 刀口施加張力，使左雙刀口裝置和右雙刀口裝置相對(duì)S點(diǎn)彎曲試樣不發(fā)生滑動(dòng)，測(cè)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(nèi)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(diǎn)位移；
[001^ S-S點(diǎn)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(diǎn)彎曲試樣表面之間的距離；
[0016]況-上刀口和立點(diǎn)彎曲試樣表面之間的距離；
[0017]即可獲得；點(diǎn)彎曲試樣的施力點(diǎn)位移g，采用多試樣法獲得；點(diǎn)彎曲試樣的A a-/ 阻力曲線、延性斷裂初性/ic和平面應(yīng)變斷裂初性Ac。
[001引本實(shí)用新型有益效果是：
[0019] 該方法借助雙刀口裝置，通過測(cè)試不同高度的COD規(guī)張開位移，利用幾何原理計(jì)算 得到=點(diǎn)彎曲試樣的施力點(diǎn)位移，繼而得到試樣的延性斷裂初性/IC，得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、 誤差低。運(yùn)使得高強(qiáng)高初合金的安全評(píng)價(jià)工作可W有效的開展。同時(shí)該裝置具有拆卸方便， 可W重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中COD規(guī)測(cè)缺口張開位移示意圖；
[0021] 圖2為本實(shí)用新型施力點(diǎn)位移測(cè)試原理圖；
[0022] 圖3為本實(shí)用新型雙刀口裝置裝配平面示意圖；
[0023] 圖4為本實(shí)用新型雙刀口裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖5為本實(shí)用新型雙刀口裝置裝配立體示意圖；
[0025] 圖6為本實(shí)用新型雙刀口裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖7為本實(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型實(shí)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(shí)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(shí)用新型1#試樣施力點(diǎn)位移g-載荷/??線；
[0030] 圖11為本實(shí)用新型X70管線鋼J積分與裂紋擴(kuò)展量A a的關(guān)系曲線圖；
[0031 ]圖12為本實(shí)用新型螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖13為本實(shí)用新型墊片的結(jié)構(gòu)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(diǎn)彎曲試樣缺口，5、S點(diǎn)彎曲試樣，6、C0D規(guī)，7、墊片，701、凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0034] -種S點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂初性/IC測(cè)試裝置，通過測(cè)試不同高度的COD規(guī)張開位 移，利用幾何原理計(jì)算得到S點(diǎn)彎曲試樣的施力點(diǎn)位移，測(cè)試原理見圖2,施力點(diǎn)位移g可由 公式(2)計(jì)算獲得。
[0035] (1)
[0036] (2)
[0037] 式中；
[0038] g-施力點(diǎn)位移；
[0039] S-S點(diǎn)彎曲試樣跨距；
[0040] Ki，兩個(gè)刀口的張開位移；
[OOW 幻，現(xiàn)-兩個(gè)刀口和試樣表面之間的距離；
[0042] 施力點(diǎn)位移的測(cè)試借助雙刀口裝置來實(shí)現(xiàn)。雙刀口裝置包括一對(duì)雙刀口、墊片和 螺栓等。一對(duì)雙刀口分別置于=點(diǎn)彎曲/IC試樣缺口的兩側(cè)，由四個(gè)墊片和四個(gè)螺栓分別從 前、后、左、右固定雙刀口，保證試樣缺口兩側(cè)的刀口在同一個(gè)水平線上，如圖3、4、5所示，并 且在COD規(guī)給兩個(gè)刀口施加張力時(shí)保證其相對(duì)試樣不發(fā)生滑動(dòng)。
[0043] 采用輔助裝置間接測(cè)試=點(diǎn)彎曲試樣的施力點(diǎn)位移時(shí)存在W下問題：1.=點(diǎn)彎曲 試樣缺口每一側(cè)的兩個(gè)刀口刃在豎直方向上需對(duì)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(yùn)樣才能保證根據(jù)相似S角形轉(zhuǎn)化得到的施力點(diǎn)位移是正確的。2. S點(diǎn)彎曲試樣缺口兩側(cè)的刀口在水平方向上需對(duì)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(zhuǎn)化得到的施力點(diǎn)位移 是正確的。3 .在COD規(guī)對(duì)刀口施加向缺口兩側(cè)的張力時(shí)，刀口相對(duì)試樣不能發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)， 運(yùn)樣才能保證在試驗(yàn)過程中采集的所有數(shù)據(jù)，經(jīng)相似=角形轉(zhuǎn)化的施力點(diǎn)位移是有效的。 綜上，1.本實(shí)用新型中的雙刀口裝置采用線切割一次成型，保證每一個(gè)雙刀口裝置上的兩 個(gè)刀刃在一條線上；2.兩個(gè)雙刀口裝置采用左右匹配設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)尺寸均一樣，而且螺栓定 位尺寸也一樣，運(yùn)樣就可W保證缺口兩側(cè)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(duì)滑動(dòng)。
[0044] 如圖6、12、13所示，一種立點(diǎn)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(gè)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?yàn)?將左雙刀口裝置和右雙刀口裝置分別安裝 在距離S點(diǎn)彎曲試樣缺口 5mm的左右兩側(cè)，在前左、前右、后左、后右四個(gè)位置加上帶有中屯、 凹槽的墊片，并從四個(gè)位置同時(shí)安裝螺栓，將螺栓頭壓設(shè)在墊片上，安裝過程中保證左右兩 側(cè)的雙刀口裝置保持水平狀態(tài)。
[0046] 實(shí)施例1
[0047] -種S點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂初性/IC測(cè)試裝置實(shí)用新型成功后，對(duì)多種牌號(hào)及不同 厚度管線鋼材料，進(jìn)行了空氣與海水環(huán)境下的延性斷裂初性/ie試驗(yàn)。下面W-個(gè)管線鋼材 料的試驗(yàn)作為實(shí)施例。
[004引 1、試驗(yàn)材料:X70管線鋼
[0049] 2、熱處理狀態(tài):調(diào)質(zhì)
[00加]3、試驗(yàn)溫度：23~25。(：環(huán)境相對(duì)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(yàn)項(xiàng)目：延性斷裂初性/IC試驗(yàn)
[0053] 6、試驗(yàn)方法:將雙刀口裝置安裝在X70管線鋼SE(B)試樣上，采用兩個(gè)COD規(guī)測(cè)試兩 個(gè)刀口的張開位移Ki和K2,由公式(2)即可獲得試樣的施力點(diǎn)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(yīng)變斷裂初性&C。
[0化4] 7、試驗(yàn)結(jié)果：
[0化5] 7.1、施力點(diǎn)位移g
[0056]由于各試樣獲得施力點(diǎn)位移g的方法一樣，W下只給出1#試樣施力點(diǎn)位移g的試驗(yàn) 結(jié)果。試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)采集的1#試樣COD規(guī)張開位移Ki/K2-載荷/祖線見圖9,經(jīng)由公式(1)處理得 到的1 #試樣施力點(diǎn)位移g-載荷/?線見圖10。
[0化7] 7.2、試驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0058] 由施力點(diǎn)位移g-載荷/祖線可W得到各試樣停機(jī)點(diǎn)載荷凡和塑性分量&，通過測(cè)量 可W得到各試樣的厚度公、寬度r、初始裂紋長(zhǎng)度30和裂紋擴(kuò)展量A 3,通過公式計(jì)算可W得 到各試樣的/值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。
[0059] 表1試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果(見表2)
[0065] 表2試驗(yàn)結(jié)果
[0066]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂韌性/κ測(cè)試裝置，其特征在于:設(shè)有兩組對(duì)兩個(gè)COD規(guī)夾 緊的雙刀口裝置（1)，兩個(gè)COD規(guī)(6)呈不同高度設(shè)置，左雙刀口裝置(2)和右雙刀口裝置(3) 分別設(shè)在三點(diǎn)彎曲試樣缺口（4)的兩側(cè)，每個(gè)雙刀口裝置（1)的兩側(cè)的卡臂（101)分別通過 螺栓（102)夾設(shè)在三點(diǎn)彎曲試樣(5)上，雙刀口裝置（1)的兩個(gè)刀口呈上下設(shè)置，并設(shè)置在三 點(diǎn)彎曲試樣(5)上方，在測(cè)試前，左雙刀口裝置(2)和右雙刀口裝置(3)的兩個(gè)刀口刃在水平 方向上對(duì)齊，水平方向上的兩組刀口刃分別夾緊一個(gè)COD規(guī)(6)，每個(gè)雙刀口裝置（1)的兩個(gè) 刀口刃在豎直方向上對(duì)齊。2. 如權(quán)利要求1所述的一種三點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂韌性/κ測(cè)試裝置，其特征在于:所述 的螺栓(102 )和三點(diǎn)彎曲試樣(5 )之間設(shè)有墊片(7 )。3. 如權(quán)利要求2所述的一種三點(diǎn)彎曲試樣延性斷裂韌性/κ測(cè)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(shè)有與螺栓頭（1021)相匹配的凹槽 (701)〇
【文檔編號(hào)】G01N3/20GK205719813SQ201620609945
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】鄭國(guó)華, 查小琴, 馬江南
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所