[發明專利]金屬材料理想裂紋的制備及測試方法

在審

• 申請號: 202010161332.3
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111323303A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 劉澤;謝怡玲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N1/28
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發明公開了一種金屬材料理想裂紋的制備及測試方法，制備方法步驟：將金屬材料加工成平板；在平板中預制缺口裂紋；在平板兩面放置傳壓件，疊成三明治結構，傳壓件與平板的接觸范圍覆蓋缺口裂紋；對三明治結構加熱加壓，使平板上缺口裂紋所在范圍厚度減小，從而使缺口裂紋面重新合攏接觸形成類疲勞裂紋的理想裂紋面。本發明利用金屬材料的熱塑性成形特性實現理想裂紋的預制，為非晶合金平面應變斷裂韌性的測量提供了有效的技術依據，方便小試樣材料平面應變斷裂韌性的測量，方便監測理想裂紋尖端擴展過程的變形，工藝簡單，成本低。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種金屬材料理想裂紋的制備及測試方法。

背景技術

非晶合金是金屬在其過冷液相區溫度下急速冷卻從而得到的亞穩態材料，具有熱塑性、高彈性、高強度、高硬度、軟磁性能和抗腐蝕耐磨損等優異性能，非晶合金不存在位錯滑移等塑性變形機制，其獨特的剪切帶變形模式，在宏觀上呈現室溫脆斷的現象，這一現象導致對非晶合金進行斷裂韌性測試存在較大的挑戰。

預制理想裂紋是平面應變斷裂韌性測試的標準方法，現有的理想裂紋是通過對缺口裂紋實施疲勞加載而獲得。采用疲勞方法對非晶合金預制理想裂紋十分困難，因為不同體系的非晶合金的斷裂韌性具有顯著的差異，如從非常脆的Mg基金屬玻璃(～1MPa·m^1/2)到非常韌的Pd基金屬玻璃(～200MPa·m^1/2)，對于韌性非晶合金，在疲勞加載過程中容易在裂紋尖端產生剪切帶，從而偏離理想的疲勞裂紋，對于脆性非晶合金，疲勞加載容易造成非晶合金直接斷裂，導致疲勞裂紋預制直接失效。

根據現有的測試標準，平面應變斷裂韌性的測量通常要求試樣具有較大的幾何尺寸，B，a≥2.5(K_Ic/σ_y)²，其中B為試樣的寬度，a為預制裂紋的長度，K_Ic為待測材料平面應變斷裂韌性值，σ_y為待測材料的屈服強度。鑒于目前的快速冷卻技術還很難制得大尺寸的塊體非晶合金，平面應變斷裂韌性測試對試樣幾何尺寸的要求對于多數非晶合金還是挑戰。

發明內容

本發明的目的是提供一種金屬材料理想裂紋的制備及測試方法，本發明利用金屬材料的熱塑性成形特性實現理想裂紋的預制，為非晶合金平面應變斷裂韌性的測量提供了有效的技術依據，方便小試樣材料平面應變斷裂韌性的測量，方便監測理想裂紋尖端擴展過程的變形，工藝簡單，成本低。

本發明所采用的技術方案是：

一種金屬材料理想裂紋的制備方法，包括步驟：

S1、將金屬材料加工成平板；

S2、在平板中預制缺口裂紋；

S3、在平板兩面放置傳壓件，疊成三明治結構，傳壓件與平板的接觸范圍覆蓋缺口裂紋；

S4、對三明治結構加熱加壓，使平板上缺口裂紋所在范圍厚度減小，從而使缺口裂紋面重新合攏接觸形成類疲勞裂紋的理想裂紋面。

進一步地，平板材料為具有一定熱塑性成型能力的晶態金屬，或非晶態金屬。

進一步地，平板材料是晶態金屬時，三明治結構的加熱溫度范圍為T≥0.3T_m，T_m為平板材料的熔點溫度，取絕對溫標。

進一步地，平板材料是非晶態金屬時，三明治結構的加熱溫度范圍為1.1T_g≤T＜T_x，T_g為平板材料的玻璃轉變溫度，T_x為平板材料的晶化溫度，溫度都取絕對溫標。

進一步地，平板的一個方向的尺寸是另外兩個方向的尺寸的4倍以上。

進一步地，預制缺口裂紋的方法為線切割、電火花加工、金剛石切割或模具復制。