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1、,压痕法对韧性材料和脆性材料断裂韧性的评价,2013.08.30.,Won Je Jo,内容,介绍,压痕法断裂韧性模型,-脆性破坏 韧性断裂,验证模型,压痕法对其他测试方法对比结果 低温应用,压痕法断裂韧性基本概念,R=250m,压头,Material:API X70,加载,约束效应,2.3 3.0,三维裂纹尖端 三轴压痕,压痕断裂韧性,类似的情况,初始裂纹,裂纹钝化,塑性区（断裂过程区）,不稳定扩展裂纹,接触前,塑性区发展,塑性区发展延长,能量概念,=裂纹扩展所需能量,压痕区域等效断裂能,分析压痕过程,压痕过程,形成一个表面塑性带,形成一个完全伸展的塑性区(c/a 是常数),扩张的塑性区(c
2、/a增加),c,a,c,a,设想,开始形成一个完全伸展的塑性区=最大应变能量的压头形成的等效断裂能量,h*,c/a,h,h*,断裂行为,脆性断裂模型,韧性断裂模型,脆性断裂模型,依据,rr,临界压力 在临界深度 h*,依据,塑性区域,弹性区域,假定,开始形成一个完全延伸塑性区域=形成等效的断裂能量,应用压痕理论,步骤.1 屈服的外围接触面积形成一个表面塑性面,步骤.2塑性区形成完全的扩张延伸塑性区,c,a,h*,赫兹弹性接触理论,接触区域的外压力(r a),当一个径向应力在接触区域边缘（r=a）满足屈服准则,通过 Mises 屈服准侧,压头,材料,扩大控模型(E-P 理论),塑性区应力(a r
3、 c),变化的核心压力(r=a)直到完全扩展延伸区域形成,by K.E.Puttick(1977),核心,等效断裂能量的准侧,步骤 1,所需的总压力等效断裂能量,步骤 2,对脆性材料的断裂韧性,Pm-h 曲线,压痕深度曲线,每个卸载深度曲线意味的接触压力,(1)压痕测试,(6)压痕断裂韧性(KJC),(2)测量屈服强度 ys&决定加载力Pmc,-ys 从载荷-深度曲线分析而来,(3)装配 Pm-h 曲线,-,(4)决定 h*,-决定 Pmc 在Pm-h 曲线,(5)临界深度h*等效断裂能,韧性材料模型,依据,rr,在h*临界应变,依据,吸收应变能直到断裂应变=韧性(拉伸能量),在h*临界应变,
4、依据,应变,应力,高碳钢,中碳钢,低碳钢,设想,弹性能量释放由于裂纹增长等于裂纹尖端塑性功数量.,Peel and Frosyth,1973,塑性单位面积,r:塑性区半径UT:单位面积的塑性功,对于小范围屈服,单位面积上的弹性能量释放,塑性功,Mechanical metallurgy,G.E.Dieter,塑性功=应力-应变曲线的截取面积,sR:真实应力ef:工程断裂应变,力学参数,从压痕参数中估计,塑性区域尺寸,断裂应变,测量参数,断裂韧性,rc,ef,从测量中计算出来的,塑性区域尺寸,rc,P,塑性应变,弹性约束,塑性区域,塑性应变与弹性约束之间的平衡,主导弹性约束,主导塑性应变,Sma
5、ll PZS,Large PZS,Resilience,断裂应变,ef,真实均匀应变与工程断裂应变实验关系,塑性区尺寸,断裂应变,测量参数,断裂韧性,对韧性材料断裂韧性,验证模型,压痕法对其他测试方法对比结果 低温应用,测试材料的列表,传统拉伸试验与断裂韧性测试试结果,测试条件,压头,压头半径,控制方法,碳化钨球形压头,250 um,最大深度控制,设备,AIS 系统,最大压痕深度,150 um,零指数,0.06 kgf,表面粗糙度,#2000,+20%,-20%,KJC Results,压痕法测试 KJC(MPam),J积分测试KJC(MPam),脆性材料模型,韧性材料模型,KJC 结果,脆性
6、材料,韧性材料,低温系统,评价断裂韧性与气温的变化,低温在断裂韧性的测量使用 ASTM E1921在零下温度下分析,应用,规格,恒温槽控制器,AIS 系统,真空腔,V型断口样品,压痕法与V型断口试验结果关系,-材料:2.25Cr1MoV steel(焊接)-试验温度：常温 和-29oC,低温测试应用,压痕法冲击试验,压痕法冲击试验,室温,低温下的应用 主要曲线,:KJC 压痕法,:KJC J方法,样品信息与测试条件,化学成分,参考:Bong-Sang Lee,Min-Chul Kim,Maan-Won Kim,Ji-Hyun Yoon,Jun-Hwa Hong,“理论曲线技术来评估一个辐照脆化
7、的核反应堆压力容器长期操作”,国际期刊压力容器和管道85(2008)593-599,公差约束,中值,Applications at low temperature-Master Curve,:KJC from IIT,:KJC from J-Test,Specimen information and testing conditions,Chemical composition of specimen,参考:Bong-Sang Lee,Min-Chul Kim,Maan-Won Kim,Ji-Hyun Yoon,Jun-Hwa Hong,“理论曲线技术来评估一个辐照脆化的核反应堆压力容器长期操作”,国际期刊压力容器和管道85(2008)593-599,中值,公差约束,谢谢观赏!,
