三点弯曲试样延性断裂韧性jic辅助测试装置的制造方法
【专利摘要】三点弯曲试样延性断裂韧性JIC辅助测试装置，设有两组对两个COD规分别夹紧的刀口刃组（8），两个刀口刃组（8）呈不同高度设置，下刀口刃组（3）的两个刀口刃对称设在三点弯曲试样缺口（4）的两侧，并开设在三点弯曲试样（5）上，上刀口刃组（2）的两个刀口刃分别设置在两个对称设置的三点弯曲试样缺口两侧的刀口辅助装置（1）上，刀口辅助装置（1）的两侧的卡臂（101）分别通过螺栓（102）夹设在三点弯曲试样（5）上，在测试前，上刀口刃组（2）的两个刀口刃和下刀口刃组（3）的两个刀口刃在水平方向上对齐，在同一侧的两个刀口刃组（8）的两个刀口刃在竖直方向上对齐。该方法使得高强高韧合的安全评价工作可以有效的开展。
【专利说明】
H点弯曲试样延性断裂初性JIC辅助测试装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于金属材料断裂力学性能检测技术领域，具体设及一种=点弯曲试 样延性断裂初性/IC测试装置。
【背景技术】
[0002] 随着冶金质量的提高，高强高初合金作为结构材料在工程上应用的越来越多，经 常需要对其进行安全评价。平面应变断裂初性Ae是重要的安全评价指标和结构件设计指 标，因此通过测试获得高强高初合金的平面应变断裂初性Ac就显得尤为重要。但是对于高 强高初合金，直接测试平面应变断裂初性Ac通常是不可行的，运是由于在测试中若采用较 小尺寸的断裂初性试样，通常不满足平面应变倘的判定条件公>2.5(斬/廊0.2)哺Pmax/巧^ 1.1;在测试中若采用较大尺寸的断裂初性试样，试验机的容量通常达不到。目前对于高强 高初合金平面应变断裂初性的测试是通过测试延性断裂初性/1C，由转化公式获得Jic。= 点弯曲试样由于形式简单、加工快捷、代表性强等优点成为金属材料断裂力学性能检测领 域中试样形式的首选，尤其S点弯曲试样的缺口位于上表面，使得COD规可W置于低溫液体 外，从而可W有效的保护COD规，运使得立点弯曲试样成为低溫延性断裂初性/IC测试中试样 形式的唯一选择。在延性断裂初性/IC试验过程中，需要获得施力点位移K-载荷/??线，而对 于=点弯曲试样，由于COD规只能测得水平方向的缺口张开位移，不能直接得到竖直方向的 施力点位移，如图1所示，继而试验不能获得有效的延性断裂初性/1C。目前，大多数测试者都 是直接利用试验机机架位移近似代替施力点位移，由于试验机机架位移包括施力点位移、 设备位移、横梁位移、试样弹性位移及试验卡具弹性位移，运就导致试验得到的试验机机架 位移远远大于施力点位移，从而造成测试误差。 【实用新型内容】
[0003] 为了解决延性断裂初性/IC试验中S点弯曲试样施力点位移无法测试的问题，本实 用新型提供了一种S点弯曲试样延性断裂初性/IC测试装置。该装置借助刀口辅助装置获得 不同高度的COD规张开位移，计算得到S点弯曲试样的施力点位移，进而获得S点弯曲试样 的延性断裂初性/ie,使得高强高初合的安全评价工作可W有效的开展。
[0004] 为实现上述技术目的，所采用的技术方案是点弯曲试样延性断裂初性JIC辅助 测试装置，设有两组对两个COD规分别夹紧的刀口刃组，两个刀口刃组呈不同高度设置，下 刀口刃组的两个刀口刃对称设在=点弯曲试样缺口的两侧，并开设在=点弯曲试样上，上 刀口刃组的两个刀口刃分别设置在两个对称设置的=点弯曲试样缺口两侧的刀口辅助装 置上，刀口辅助装置的两侧的卡臂分别通过螺栓夹设在=点弯曲试样上，在测试前，上刀口 刃组的两个刀口刃和下刀口刃组的两个刀口刃在水平方向上对齐，在同一侧的两个刀口刃 组的两个刀口刃在竖直方向上对齐。
[0005] 本实用新型所述的螺栓和=点弯曲试样之间设有垫片。
[0006] 本实用新型所述的螺栓的螺栓头为弧面，垫片的中屯、设有与螺栓头相匹配的凹 槽。
[0007] =点弯曲试样延性断裂初性JIC辅助测试装置的测试方法，包括W下步骤：
[0008] 步骤一、将两个刀口辅助装置分别对称安装在=点弯曲试样缺口的两侧，在=点 弯曲试样的=点弯曲试样缺口的两侧开设相对称的刀口刃组，两个刀口辅助装置组成的刀 口刃组高于S点弯曲试样的刀口刃组，上刀口刃组的两个刀口刃和下刀口刃组的两个刀口 刃在水平方向上对齐，在同一侧的两个刀口刃组的两个刀口刃在竖直方向上对齐，两个刀 口刃组分别夹紧一个COD规；
[0009] 步骤二、利用S点弯曲试验机对S点弯曲试样施加载荷，两个COD规给两个刀口刃 组施加张力，使刀口辅助装置相对=点弯曲试样不发生滑动，测试上刀口刃组的张开位移 灼和下刀口刃组的张开位移吃，由公^5
[0010] 式中：
[00川 g -施力点位移；
[001^ S-S点弯曲试样跨距；
[0013] K/ -上刀口刃组的两个刀口刃的张开位移；
[0014] 下刀口刃组的两个刀口刃的张开位移；
[001引。-下刀口和立点弯曲试样表面之间的距离；
[0016] & -上刀口和S点弯曲试样表面之间的距离；
[0017] 即可获得；点弯曲试样的施力点位移g，采用多试样法获得；点弯曲试样的A a-/ 阻力曲线、延性断裂初性/ic和平面应变断裂初性Ak。
[0018] 本实用新型有益效果是：
[0019] 该方法借助刀口辅助装置，通过测试不同高度的COD规张开位移，利用几何原理计 算得到=点弯曲试样的施力点位移，继而得到试样的延性断裂初性/1C，得到的数据准确性 高、误差低。运使得高强高初合金的安全评价工作可W有效的开展。同时该装置具有拆卸方 便，可W重复使用等优点。
【附图说明】
[0020] 图1为现有技术中COD规测缺口张开位移示意图；
[0021 ]图2为本实用新型施力点位移测试原理图；
[0022] 图3为本实用新型刀口辅助装置装配平面示意图；
[0023] 图4为本实用新型刀口辅助装置的侧视结构示意图；
[0024] 图5为本实用新型刀口辅助装置装配立体示意图；
[0025] 图6为本实用新型刀口辅助装置的立体结构示意图；
[00%]图7为本实用新型实施例X70管线钢断裂初性/IC试样正视形式及尺寸；
[0027]图8为本实用新型实施例X70管线钢断裂初性/IC试样俯视形式及尺寸；
[002引图9为本实用新型1#试样COD规张开位移Ki/ 载荷饰6线；
[0029] 图10为本实用新型1#试样施力点位移g -载荷曲线；
[0030] 图11为本实用新型X70管线钢/积分与裂纹扩展量Aa的关系曲线图；
[0031] 图12为本实用新型螺栓的结构示意图；
[0032] 图13为本实用新型垫片的立体结构示意图；
[0033] 图中：1、刀口辅助装置，101、卡臂，102、螺栓，1021、螺栓头，2、上刀口刃组，3、下刀 口刃组，4、立点弯曲试样缺日，5、立点弯曲试样，6、C0D规，7、垫片，701、凹槽，8、刀日刃组。
【具体实施方式】
[0034] S点弯曲试样延性断裂初性JIC辅助测试装置，通过测试不同高度的COD规张开位 移，利用几何原理计算得到S点弯曲试样的施力点位移，测试原理见图2,施力点位移g可由 公式(2)计算获得。
[0035] (1)
[0036] (2)
[0037] 式中；
[003引 g -施力点位移；
[0039] S-S点弯曲试样跨距；
[0040] Ki，两个刀口的张开位移；
[0041 ] -两个刀口和试样表面之间的距离；
[0042] 施力点位移的测试借助刀口辅助装置来实现。刀口辅助装置包括一对刀口刃、垫 片和螺栓等。一对刀口刃分别对称置于=点弯曲/IC试样缺口的两侧，由四个垫片和四个螺 栓分别从前、后、左、右固定刀口辅助装置，另一对刀品刃开设在=点弯曲试样上，保证试样 缺口两侧的刀口在同一个水平线上，如图3、4、5所示，并且在COD规给两个刀口刃组施加张 力时保证其相对试样不发生滑动。
[0043] 采用辅助装置间接测试=点弯曲试样的施力点位移时存在W下问题：1.=点弯曲 试样缺口每一侧的两个刀口刃在竖直方向上需对齐，如图2所示，Al和Bl需在一条线上，A2 和B2也需在一条线上，运样才能保证根据相似S角形转化得到的施力点位移是正确的。2. S点弯曲试样缺口两侧的刀口在水平方向上需对齐，如图2所示，Al和A2需在一条水平线 上，Bl和B2也需在一条水平线上，同理也才能保证根据相似S角形转化得到的施力点位移 是正确的。3 .在COD规对刀口施加向缺口两侧的张力时，刀口相对试样不能发生相对滑动， 运样才能保证在试验过程中采集的所有数据，经相似=角形转化的施力点位移是有效的。 综上，1.本实用新型中的刀口辅助装置采用线切割一次成型，保证两个对称设置的刀口辅 助装置的两个刀口刃在一条线上;2.两个刀口辅助装置采用左右匹配设计，对应尺寸均一 样，而且螺栓定位尺寸也一样，运样就可W保证缺口两侧的刀刃在同一条水平线上;3.采用 螺栓定位，在螺栓和试样之间采用垫片大面积接触受力，可W保证刀口辅助装置和试样不 发生相对滑动。
[0044] 如图6、12、13所示，=点弯曲试样延性断裂初性JIC辅助测试装置。借助的刀口辅 助装置包括用于安装一个COD规的上刀口刃组，W及用于定位和安装刀口辅助装置的带有 中屯、凹槽的垫片和带有弧面螺栓头的螺栓。
[0045] 如图5所示，刀口辅助装置的安装顺序为:将左刀口辅助装置和右刀口辅助装置分 别安装在距离=点弯曲试样缺口 5mm的左右两侧，在前左、前右、后左、后右四个位置加上带 有中屯、凹槽的垫片，并从四个位置同时安装螺栓，将螺栓头压设在垫片上，安装过程中保证 左右两侧的刀口辅助装置保持水平状态。
[0046] 实施例1
[0047] -种S点弯曲试样延性断裂初性/IC测试装置实用新型成功后，对多种牌号及不同 厚度管线钢材料，进行了空气与海水环境下的延性断裂初性/ie试验。下面W-个管线钢材 料的试验作为实施例。
[004引 1、试验材料:X70管线钢
[0049] 2、热处理状态:调质
[00加]3、试验溫度：23~25。(：环境相对湿度:40~50〇/〇
[0051] 4、试样类型：SE(B)试样，其形状尺寸见图7、8。
[0052] 5、试验项目：延性断裂初性/IC试验
[0053] 6、试验方法:将刀口辅助装置安装在X70管线钢SE(B)试样上，在缺口两侧开设下 刀口刃组，采用两个COD规测试两个刀口刃组的张开位移Ki和K2，由公式(2)即可获得试样的 施力点位移9,采用多试样法获得X70管线钢的A a-J且力曲线、延性断裂初性/IC和平面应变 断裂初性Ac。
[0化4] 7、试验结果：
[0化5] 7.1、施力点位移g
[0056]由于各试样获得施力点位移g的方法一样，W下只给出1#试样施力点位移g的试验 结果。试验机自动采集的1#试样COD规张开位移Ki/K2-载荷/祖线见图9,经由公式(1)处理得 到的1 #试样施力点位移g-载荷/?线见图10。
[0化7] 7.2、试验数据
[0058] 由施力点位移g-载荷/祖线可W得到各试样停机点载荷凡和塑性分量&，通过测量 可W得到各试样的厚度公、宽度r、初始裂纹长度30和裂纹扩展量A 3,通过公式计算可W得 到各试样的/值。试验数据见表1。
[0059] 表1试验数据
[OOAOl
[0061 ] 7.3、X70管线钢A a-J且力曲线(见图11)
[0062] 7.4、X70管线钢A a-J阻力曲线方程
[0063] /=312.07 X A a〇.5784 (片0.9893)
[0064] 7.5、试验结果(见表2)
[00化]表2试验结果
[0066]
【主权项】
1. 三点弯曲试样延性断裂韧性JIC辅助测试装置，其特征在于:设有两组对两个COD规 分别夹紧的刀口刃组(8)，两个刀口刃组(8)呈不同高度设置，下刀口刃组(3)的两个刀口刃 对称设在三点弯曲试样缺口（4)的两侧，并开设在三点弯曲试样(5)上，上刀口刃组(2)的两 个刀口刃分别设置在两个对称设置的三点弯曲试样缺口两侧的刀口辅助装置（1)上，刀口 辅助装置（1)的两侧的卡臂（101)分别通过螺栓（102)夹设在三点弯曲试样（5)上，在测试 前，上刀口刃组(2)的两个刀口刃和下刀口刃组（3)的两个刀口刃在水平方向上对齐，在同 一侧的两个刀口刃组(8)的两个刀口刃在竖直方向上对齐。2. 如权利要求1所述的三点弯曲试样延性断裂韧性JIC辅助测试装置，其特征在于:所 述的螺栓(10 2 )和三点弯曲试样(5 )之间设有垫片(7 )。3. 如权利要求2所述的三点弯曲试样延性断裂韧性JIC辅助测试装置，其特征在于:所 述的螺栓（102)的螺栓头（1021)为弧面，垫片(7)的中心设有与螺栓头（1021)相匹配的凹槽 (701)〇
【文档编号】G01N3/20GK205719814SQ201620611907
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】郑国华, 张利娟, 赵阳
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二五研究所