[發(fā)明專利]一種用光滑圓棒拉伸試樣測試應(yīng)力腐蝕門檻值KISCC的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910630882.2
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110411819B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黨恒耀;張亞軍;高靈清;王磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/08;G01N17/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 王學(xué)鵬

一種用光滑圓棒拉伸試樣測試應(yīng)力腐蝕門檻值K_ISCC的方法，具體測試步驟為：首先，測得拉伸成圓棒形試樣材料屈服強(qiáng)度R_p0.2和抗拉強(qiáng)度R_m，在R_p0.2和R_m之間選取3?5個(gè)應(yīng)力水平分別在兩種不同的環(huán)境下試驗(yàn)進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)；其次，進(jìn)行等效裂紋計(jì)算，獲得特定應(yīng)力水平下對應(yīng)的等效裂紋深度；然后，利用圓棒試樣帶周向裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式，獲得每個(gè)特定應(yīng)力水平對應(yīng)的K值；最后，根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度因子選擇用三次函數(shù)擬合已獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過對所得曲線求一階導(dǎo)數(shù)，導(dǎo)數(shù)最大位置對應(yīng)的K值即為K_ISCC值。本發(fā)明試驗(yàn)周期短，可以滿足鋁合金等中低強(qiáng)度材料測試需求，試樣節(jié)省材料，成本較低，試樣結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料應(yīng)力腐蝕門檻值K_ISCC測試領(lǐng)域，具體涉及一種用光滑圓棒拉伸試樣測試應(yīng)力腐蝕門檻值K_ISCC的方法。

背景技術(shù)

由于應(yīng)力狀態(tài)和試樣形式的多樣性，使得應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法有多種。歸納起來，加載方式有三種：慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)、恒應(yīng)變試驗(yàn)以及恒載荷試驗(yàn)。試樣形式也有三種類型：光滑試樣、帶缺口試樣和預(yù)制裂紋試樣。加載形式和試樣類型的不同組合會產(chǎn)生多種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，如GBT 15970-2007《金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)》合訂本，涉及多種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。一般來講，光滑試樣通常用來定性判定材料應(yīng)力腐蝕敏感性。帶缺口試樣縮短了裂紋孕育期，試樣破裂周期相對較短，常用于模擬材料宏觀裂紋以及各種機(jī)加工缺口對應(yīng)力腐蝕的敏感性。預(yù)裂紋試樣，試驗(yàn)前需要通過疲勞加載方式預(yù)制裂紋，隨后才進(jìn)行應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，多用于K_ISCC及da/dt的測定，即定量判定。由此可見，測試K_ISCC時(shí)只能用預(yù)制裂紋試樣形式來進(jìn)行測試。此外，標(biāo)準(zhǔn)對試樣尺寸、加載水平、預(yù)制裂紋長短均有一系列嚴(yán)格要求和限制。

1957年美國科學(xué)家歐文(G.R.Irwin)提出應(yīng)力強(qiáng)度因子概念，建立了線彈性斷裂力學(xué)理論。由于K_ISCC屬于斷裂力學(xué)范疇，為了使裂紋尖端附件區(qū)域有足夠的約束，滿足線彈性斷裂理論，試樣必須具有足夠的厚度，確保試樣滿足平面應(yīng)變條件，這對中低強(qiáng)度金屬材料是一大挑戰(zhàn)。對于中低強(qiáng)度金屬材料，要達(dá)到平面應(yīng)變條件，試樣厚度非常巨大，導(dǎo)致試驗(yàn)根本無法實(shí)施。為了克服這一技術(shù)壁壘，科技工作者付出了長期的探索。1966年，美國材料與測試協(xié)會(ASTM) 發(fā)表了Irwin和Bueckner提供的一種用圓棒帶環(huán)形裂紋試樣測試裂尖K值的試驗(yàn)方法。由于圓棒試樣的環(huán)向裂紋尖端不存在無應(yīng)力的自由表面，即使試樣尺寸較小，也能滿足平面應(yīng)變條件。隨后，各種采用圓棒缺口預(yù)制裂紋試樣測試K_ISCC的文章見諸各大期刊。然而，各種新誕生的測試技術(shù)均是基于預(yù)制裂紋的圓棒試樣來實(shí)現(xiàn)的。近年來，國際上較為有名的是澳大利亞墨爾本莫納士大學(xué)的R.K.Raman 教授的研究工作，利用缺口圓棒預(yù)裂紋試樣(CNT)測試K_ISCC取得了較好的效果。)

盡管國內(nèi)外文獻(xiàn)均有報(bào)道有關(guān)圓棒拉伸試樣測試K_ISCC的成功案例，但都是建立在缺口預(yù)制裂紋試樣的基礎(chǔ)上。由于圓棒缺口試樣預(yù)制裂紋要比傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)試樣預(yù)制裂紋的難度大很多，常常出現(xiàn)周向預(yù)制裂紋偏心問題，影響試驗(yàn)結(jié)果精度。除此之外，試驗(yàn)周期較長的問題仍舊沒有得到解決。因此，為滿足中低強(qiáng)度材料對K_ISCC值的測試需求，縮短試驗(yàn)周期，需要建立一種快速、便捷的測試方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用光滑圓棒拉伸試樣測試應(yīng)力腐蝕門檻值K_ISCC的方法，以損傷力學(xué)為理論基礎(chǔ)，通過等效裂紋的損傷計(jì)算，突破現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法對試樣厚度的限制，實(shí)現(xiàn)利用光滑圓棒拉伸試樣測試各種強(qiáng)度級別材料的K_ISCC值目的，為各種工程裝備的安全可靠性設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用光滑圓棒拉伸試樣測試應(yīng)力腐蝕門檻值K_ISCC的方法，包括以下具體測量步驟：