专利名称：一种评价延性金属材料撕裂韧性的方法
技术领域：
本发明涉及材料的力学性能评价与表征领域，具体为一种评价延性金属材料撕裂韧性的方法，利用三腿裤形撕裂的方式，定义撕裂韧性来表征材料抵抗裂纹扩展阻力的大
背景技术：
延性金属材料的力学性能多由单向加载的拉伸试验来测得，然而材料在拥有高强度的同时也伴随着塑性的缺失，强度与塑性之间的这种倒置关系给工程选材造成了巨大困扰，如何更好地做到强韧配合成为问题的关键所在，这对材料力学性能的评价提出了更全面的要求。另一方面，高强度或脆性金属的断裂过程普遍采用断裂韧性(Kre)来表征，但对于延性金属来说，断裂过程更为复杂。并且，金属薄板材料不符合传统的断裂韧性试样要求，断裂韧性的概念不再适用于此。如何表征延性材料的断裂功或者抵抗裂纹扩展能力的大小具有重要意义，开创一种新的评价材料力学性能的方法十分必要。目前，除了常用的几种力学性能测试方法以外，还有一种称作撕裂试验的方法，由于其加载方式、试样形状的不同而形式多样，相应地也提出了一系列的性能参数，但是这些参数并不能真正解决实际应用中出现的问题。因此，有必要开发一种新的方法，提炼出新的概念来表征延性材料的韧性或裂纹扩展抵抗力的大小，用以定量评价延性金属材料的韧性。

发明内容
本发明的目的在于提供一种评价延性金属材料撕裂韧性的方法，解决延性金属材料撕裂韧性的表征等问题，定义撕裂韧性的概念。本发明的技术方案是一种评价延性金属材料撕裂韧性的方法，利用对撕裂试样进行撕裂试验的方式， 得到撕裂过程中的外加载荷-位移曲线，定义撕裂韧性的概念来表征延性材料的韧性或裂纹扩展抵抗力的大小。所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，撕裂试样的一端沿长度方向平行切割两条缺口，出现缺口中间部分和缺口两边部分，形成三腿裤形撕裂试样；撕裂过程中裂纹扩展单位面积所需要的能量，称为撕裂韧性，用来表征材料在撕裂过程中抵抗裂纹稳定扩展的阻力大小。所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，对于三腿裤形撕裂试样，撕裂韧性Y 用公式Y =Fs/2t来表示，单位为KJ/m2;其中，Fs为外加的稳定载荷，单位为N;t为试样厚度，单位为mm。所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，将试样缺口中间部分和缺口两边部分分开来，分别向相反的方向折叠90°，形成撕裂试样在装载夹持前的形状。所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，撕裂试样的材料为延性金属材料。
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所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，延性金属材料为铜、铜合金、铝或低碳钢。所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，铜合金为铍青铜。所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，低碳钢为20钢。本发明的有益效果是1、本发明通过撕裂试验的进行，找到适当的加载方式，使延性金属在单向加载的外力作用下进行撕裂裂纹的稳定扩展，进而得到在撕裂过程中外力保持稳定的撕裂载荷-位移曲线，为撕裂韧性概念的提出提供强有力的试验基础，用以评价延性金属材料的韧性或裂纹扩展抵抗力的大小。2、本发明利用三腿裤形撕裂的方式，定义撕裂韧性的概念，表征延性材料的韧性或裂纹扩展抵抗力的大小，更好地完善材料力学性能的评价测试方法，使其更好地服务于工程应用中。


图1为进行撕裂试验的试样形状及尺寸；其中，试样的缺口宽度和长度是可以变化的。图2为撕裂试样在装载夹持前的形状。图3为20钢不同温度热处理后撕裂试样的载荷-位移曲线。其中，A为原始的冷轧态，其余B、C、D、E试样均是在920 V淬火后，分别在200 V、400 V、600 V、700°C回火2小时所得。图4为材料在撕裂载荷作用下的载荷-位移示意图。图5为20钢的延伸率、撕裂韧性与拉伸强度之间的关系图。图6为铝、铜与合金、20钢的撕裂韧性与强度之间的关系图。
具体实施例方式本发明为评价延性金属材料撕裂韧性的新方法，利用三腿撕裂试验的方式，定义了撕裂韧性的概念来表征延性材料的韧性或裂纹扩展阻力的大小，包括如下步骤(1)撕裂试样的准备如图1所示，将试样的一端沿长度方向平行切割出两条缺口，形成缺口中间部分2 和缺口两边部分3，即三腿裤形撕裂试样。如图2所示，为了使试样装夹在试验机上，将试样缺口中间部分2和缺口两边部分 3分开来，分别向相反的方向折叠90°，形成撕裂试样在装载夹持前的形状，随着试样缺口 1宽度的不断增加，撕裂裂纹由汇聚型逐渐过渡为发散型扩展。(2)撕裂韧性的定义如图3所示，在材料的撕裂过程中，当裂纹进入扩展阶段，撕裂载荷基本维持不变，那么在撕裂单位面积裂纹所需要的能量也能恒定(如图4)，根据这一点，定义新的参数，即撕裂韧性(Y)，用来表征材料在撕裂过程中抵抗裂纹稳定扩展的阻力大小。对于三腿裤形撕裂试样，撕裂韧性可以用公式
权利要求
1.一种评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于利用对撕裂试样进行撕裂试验的方式，得到撕裂过程中的外加载荷-位移曲线，定义撕裂韧性的概念来表征延性材料的韧性或裂纹扩展抵抗力的大小。
2.根据权利要求1所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于撕裂试样的一端沿长度方向平行切割两条缺口，出现缺口中间部分和缺口两边部分，形成三腿裤形撕裂试样；撕裂过程中裂纹扩展单位面积所需要的能量，称为撕裂韧性，用来表征材料在撕裂过程中抵抗裂纹稳定扩展的阻力大小。
3.根据权利要求2所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于对于三腿裤形撕裂试样，撕裂韧性Y用公式Y =Fs/2t来表示，单位为KJ/m2;其中，Fs为外加的稳定载荷，单位为N ；t为试样厚度，单位为mm。
4.根据权利要求2所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于将试样缺口中间部分和缺口两边部分分开来，分别向相反的方向折叠90°，形成撕裂试样在装载夹持前的形状。
5.根据权利要求1所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于撕裂试样的材料为延性金属材料。
6.根据权利要求5所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于延性金属材料为铜、铜合金、铝或低碳钢。
7.根据权利要求6所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于铜合金为铍青铜。
8.根据权利要求6所述的评价延性金属材料撕裂韧性的方法，其特征在于低碳钢为 20钢。
全文摘要
本发明涉及材料的力学性能评价与表征领域，具体为一种评价延性金属材料撕裂韧性的方法。利用三腿裤形试样进行延性金属材料的撕裂试验，得到撕裂过程中的外加载荷维持不变这一特征，为撕裂韧性这一概念的提出提供强有力的试验基础，从而得到定义撕裂韧性γ＝FS/2t，用以评价延性材料的韧性或裂纹扩展抵抗力的大小。撕裂试验的方法和撕裂韧性概念的提出，对于认识材料强度和塑性(韧性)之间的倒置关系提供了行之有效的思路，为实际工程选择具有更好强度与塑性配合的材料提供了新的参考判据。对于延性金属薄板而言，裂纹扩展过程、断裂过程可以更为准确地采用撕裂韧性来描述，对于工程应用及材料力学性能评价与表征具有十分重要的意义。
文档编号G01N3/08GK102374951SQ20101025057
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者张哲峰, 李翠红 申请人:中国科学院金属研究所