[發明專利]用正交切削法測定材料斷裂韌性的方法

無效

• 申請號: 201310018231.0
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103105332A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 劉戰強;王兵;劉子夜
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 劉乃東

技術領域

本發明涉及切削加工和材料性能測試技術領域，尤其涉及一種用正交切削法測定材料斷裂韌性的方法。

背景技術

斷裂韌性是材料（包括金屬材料和非金屬材料）的重要性能參數，可表征材料抵抗斷裂的能力。機件中裂紋逐漸擴展時，裂紋尖端的應力場強度因子K_I隨之增大，當K_I達到臨界值時，機件中的裂紋產生失穩擴張，該應力場強度因子的臨界值，即為材料的斷裂韌性。當裂紋尖端處于平面應變狀態時，斷裂韌性的數值最低，反映了材料抵抗脆性斷裂的能力。因此，測定具體材料的斷裂韌性時，一般測定其平面應變斷裂韌性K_IC。

平面應變斷裂韌性的測試方法已比較定型，基本過程是把待測材料制成一定形狀和尺寸的試樣，并在試樣上制作出等效于缺陷的裂紋，然后對試樣加載，在加載過程中用測量儀器連續記錄載荷增長和裂紋擴展情況，一直到裂紋失穩擴展的臨界狀態，根據載荷和裂紋的發展情況確定出材料的斷裂韌性。該方法前期試樣制備過程復雜，等效缺陷裂紋的制作有較大的隨意性和人為性，使測量精度難以保證，且測量過程所需時間較長。

對于某些高韌性、低屈服強度的材料，測試其斷裂韌性時，由于裂紋尖端的塑性變形區域較大導致裂紋鈍化，使用現有方法測試時更加困難。

發明內容

本發明就是為了解決現有技術存在的上述不足，提供一種用正交切削法測定材料斷裂韌性的方法；采用正交切削法對材料切削、材料的受力狀態為平面應變狀態，待測試樣不需制成特定形狀，測試過程簡單易行；切削刀具可使去除層材料與基體之間迅速斷裂，可有效解決高韌性、低屈服強度材料的裂紋鈍化問題，使用正交切削實驗確定材料斷裂韌性的方法完全可替代現有測試方法。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

一種用正交切削法測定材料斷裂韌性的方法，包括以下步驟：

1）對材料待測試樣初加工；

2）將測力儀安置于工件下方并與機床工作臺固定連接，用于測量切削力F_c和切削推力F_t；

3）在機床上對待測試樣切削加工；

4）在不同切削厚度a_c下，計算或測量切屑厚度a_ch；

5）根據以下公式計算得到被切削材料的斷裂韌性值G_c：

Fcaw-Ftawtanφ=σs2ac(tanφ+1tanφ)+Gc,]]>

其中，F_c為切削力、F_t為切削推力、a_c為切削厚度、a_w為切削寬度、σ_s為工件材料的屈服強度；計算得到被切削材料的斷裂韌性值G_c；

其中