三點彎曲試樣延性斷裂韌性jic輔助測試裝置的制造方法
【專利摘要】三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC輔助測試裝置，設(shè)有兩組對兩個COD規(guī)分別夾緊的刀口刃組（8），兩個刀口刃組（8）呈不同高度設(shè)置，下刀口刃組（3）的兩個刀口刃對稱設(shè)在三點彎曲試樣缺口（4）的兩側(cè)，并開設(shè)在三點彎曲試樣（5）上，上刀口刃組（2）的兩個刀口刃分別設(shè)置在兩個對稱設(shè)置的三點彎曲試樣缺口兩側(cè)的刀口輔助裝置（1）上，刀口輔助裝置（1）的兩側(cè)的卡臂（101）分別通過螺栓（102）夾設(shè)在三點彎曲試樣（5）上，在測試前，上刀口刃組（2）的兩個刀口刃和下刀口刃組（3）的兩個刀口刃在水平方向上對齊，在同一側(cè)的兩個刀口刃組（8）的兩個刀口刃在豎直方向上對齊。該方法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】
H點彎曲試樣延性斷裂初性JIC輔助測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于金屬材料斷裂力學性能檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種=點彎曲試 樣延性斷裂初性/IC測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著冶金質(zhì)量的提高，高強高初合金作為結(jié)構(gòu)材料在工程上應(yīng)用的越來越多，經(jīng) 常需要對其進行安全評價。平面應(yīng)變斷裂初性Ae是重要的安全評價指標和結(jié)構(gòu)件設(shè)計指 標，因此通過測試獲得高強高初合金的平面應(yīng)變斷裂初性Ac就顯得尤為重要。但是對于高 強高初合金，直接測試平面應(yīng)變斷裂初性Ac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(yīng)變倘的判定條件公>2.5(斬/廊0.2)哺Pmax/巧^ 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(yīng)變斷裂初性的測試是通過測試延性斷裂初性/1C，由轉(zhuǎn)化公式獲得Jic。= 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(lǐng) 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(shè)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(nèi)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。該裝置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(shù)目的，所采用的技術(shù)方案是點彎曲試樣延性斷裂初性JIC輔助 測試裝置，設(shè)有兩組對兩個COD規(guī)分別夾緊的刀口刃組，兩個刀口刃組呈不同高度設(shè)置，下 刀口刃組的兩個刀口刃對稱設(shè)在=點彎曲試樣缺口的兩側(cè)，并開設(shè)在=點彎曲試樣上，上 刀口刃組的兩個刀口刃分別設(shè)置在兩個對稱設(shè)置的=點彎曲試樣缺口兩側(cè)的刀口輔助裝 置上，刀口輔助裝置的兩側(cè)的卡臂分別通過螺栓夾設(shè)在=點彎曲試樣上，在測試前，上刀口 刃組的兩個刀口刃和下刀口刃組的兩個刀口刃在水平方向上對齊，在同一側(cè)的兩個刀口刃 組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(shè)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(shè)有與螺栓頭相匹配的凹 槽。
[0007] =點彎曲試樣延性斷裂初性JIC輔助測試裝置的測試方法，包括W下步驟：
[0008] 步驟一、將兩個刀口輔助裝置分別對稱安裝在=點彎曲試樣缺口的兩側(cè)，在=點 彎曲試樣的=點彎曲試樣缺口的兩側(cè)開設(shè)相對稱的刀口刃組，兩個刀口輔助裝置組成的刀 口刃組高于S點彎曲試樣的刀口刃組，上刀口刃組的兩個刀口刃和下刀口刃組的兩個刀口 刃在水平方向上對齊，在同一側(cè)的兩個刀口刃組的兩個刀口刃在豎直方向上對齊，兩個刀 口刃組分別夾緊一個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)給兩個刀口刃 組施加張力，使刀口輔助裝置相對=點彎曲試樣不發(fā)生滑動，測試上刀口刃組的張開位移 灼和下刀口刃組的張開位移吃，由公^5
[0010] 式中：
[00川 g -施力點位移；
[001^ S-S點彎曲試樣跨距；
[0013] K/ -上刀口刃組的兩個刀口刃的張開位移；
[0014] 下刀口刃組的兩個刀口刃的張開位移；
[001引。-下刀口和立點彎曲試樣表面之間的距離；
[0016] & -上刀口和S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(yīng)變斷裂初性Ak。
[0018] 本實用新型有益效果是：
[0019] 該方法借助刀口輔助裝置，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/1C，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(shù)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為本實用新型刀口輔助裝置裝配平面示意圖；
[0023] 圖4為本實用新型刀口輔助裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖5為本實用新型刀口輔助裝置裝配立體示意圖；
[0025] 圖6為本實用新型刀口輔助裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[00%]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/ 載荷飾6線；
[0029] 圖10為本實用新型1#試樣施力點位移g -載荷曲線；
[0030] 圖11為本實用新型X70管線鋼/積分與裂紋擴展量Aa的關(guān)系曲線圖；
[0031] 圖12為本實用新型螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖13為本實用新型墊片的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖中：1、刀口輔助裝置，101、卡臂，102、螺栓，1021、螺栓頭，2、上刀口刃組，3、下刀 口刃組，4、立點彎曲試樣缺日，5、立點彎曲試樣，6、C0D規(guī)，7、墊片，701、凹槽，8、刀日刃組。
【具體實施方式】
[0034] S點彎曲試樣延性斷裂初性JIC輔助測試裝置，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；
[003引 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；
[0041 ] -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刀口輔助裝置來實現(xiàn)。刀口輔助裝置包括一對刀口刃、墊 片和螺栓等。一對刀口刃分別對稱置于=點彎曲/IC試樣缺口的兩側(cè)，由四個墊片和四個螺 栓分別從前、后、左、右固定刀口輔助裝置，另一對刀品刃開設(shè)在=點彎曲試樣上，保證試樣 缺口兩側(cè)的刀口在同一個水平線上，如圖3、4、5所示，并且在COD規(guī)給兩個刀口刃組施加張 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(cè)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(zhuǎn)化得到的施力點位移是正確的。2. S點彎曲試樣缺口兩側(cè)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(zhuǎn)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(cè)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(jīng)相似=角形轉(zhuǎn)化的施力點位移是有效的。 綜上，1.本實用新型中的刀口輔助裝置采用線切割一次成型，保證兩個對稱設(shè)置的刀口輔 助裝置的兩個刀口刃在一條線上;2.兩個刀口輔助裝置采用左右匹配設(shè)計，對應(yīng)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(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保證刀口輔助裝置和試樣不 發(fā)生相對滑動。
[0044] 如圖6、12、13所示，=點彎曲試樣延性斷裂初性JIC輔助測試裝置。借助的刀口輔 助裝置包括用于安裝一個COD規(guī)的上刀口刃組，W及用于定位和安裝刀口輔助裝置的帶有 中屯、凹槽的墊片和帶有弧面螺栓頭的螺栓。
[0045] 如圖5所示，刀口輔助裝置的安裝順序為:將左刀口輔助裝置和右刀口輔助裝置分 別安裝在距離=點彎曲試樣缺口 5mm的左右兩側(cè)，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(shè)在墊片上，安裝過程中保證 左右兩側(cè)的刀口輔助裝置保持水平狀態(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(diào)質(zhì)
[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:將刀口輔助裝置安裝在X70管線鋼SE(B)試樣上，在缺口兩側(cè)開設(shè)下 刀口刃組，采用兩個COD規(guī)測試兩個刀口刃組的張開位移Ki和K2，由公式(2)即可獲得試樣的 施力點位移9,采用多試樣法獲得X70管線鋼的A a-J且力曲線、延性斷裂初性/IC和平面應(yīng)變 斷裂初性Ac。
[0化4] 7、試驗結(jié)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(jié)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(jīng)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)
[OOAOl
[0061 ] 7.3、X70管線鋼A a-J且力曲線(見圖11)
[0062] 7.4、X70管線鋼A a-J阻力曲線方程
[0063] /=312.07 X A a〇.5784 (片0.9893)
[0064] 7.5、試驗結(jié)果(見表2)
[00化]表2試驗結(jié)果
[0066]
【主權(quán)項】
1. 三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC輔助測試裝置，其特征在于:設(shè)有兩組對兩個COD規(guī) 分別夾緊的刀口刃組(8)，兩個刀口刃組(8)呈不同高度設(shè)置，下刀口刃組(3)的兩個刀口刃 對稱設(shè)在三點彎曲試樣缺口（4)的兩側(cè)，并開設(shè)在三點彎曲試樣(5)上，上刀口刃組(2)的兩 個刀口刃分別設(shè)置在兩個對稱設(shè)置的三點彎曲試樣缺口兩側(cè)的刀口輔助裝置（1)上，刀口 輔助裝置（1)的兩側(cè)的卡臂（101)分別通過螺栓（102)夾設(shè)在三點彎曲試樣（5)上，在測試 前，上刀口刃組(2)的兩個刀口刃和下刀口刃組（3)的兩個刀口刃在水平方向上對齊，在同 一側(cè)的兩個刀口刃組(8)的兩個刀口刃在豎直方向上對齊。2. 如權(quán)利要求1所述的三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC輔助測試裝置，其特征在于:所 述的螺栓(10 2 )和三點彎曲試樣(5 )之間設(shè)有墊片(7 )。3. 如權(quán)利要求2所述的三點彎曲試樣延性斷裂韌性JIC輔助測試裝置，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(shè)有與螺栓頭（1021)相匹配的凹槽 (701)〇
【文檔編號】G01N3/20GK205719814SQ201620611907
【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, 張利娟, 趙陽
【申請人】中國船舶重工集團公司第七二五研究所