直通形缺口紧凑拉伸试样的制备及注意事项

1.试样的形状和尺寸

金属材料准静态断裂韧度试样如图9-24～图9-26所示。

图9-24 三点弯曲试样

注：1.引发裂纹缺口尖端的纵切面（A面）与试样左右两端面保持等间距且距离之差在0.005W以内。

2.可以采用整体刀口或附加刀口固定引伸计，见图9-28和图9-29。

3.初始引发缺口和疲劳裂纹的形状见图9-27。

4.1.0≤W/B≤4.0（推荐W/B=2）。

5.0.45≤a/W≤0.70。

①见图9-27和图9-28。

平面应变断裂韧度K_IC试验的最小推荐厚度见表9-4。

2.试样制备

1）从最终热处理状态和（或）机加工状态下的材料上截取。

2）不能从其最终热处理状态下截取时，最终热处理可以在机加工后满足了试样的尺寸、公差、形状和表面粗糙度要求时，并充分考虑了由于特殊的热处理（例如钢的水淬）而带来的试样尺寸变化等影响后进行。

图9-25 直通形缺口紧凑拉伸试样

注：1.引发裂纹缺口尖端的纵切面（A面）与试样左右两端面保持等间距且距离之差在0.005W以内。

2.可以采用整体刀口或附加刀口固定引伸计，见图9-28和图9-29。

3.初始引发缺口和疲劳裂纹的形状见图9-27。

4.0.8≤W/B≤4.0（推荐W/B=2）。

5.0.45≤a/W≤0.70。

6.可以选择的销孔直径为ϕ0.188W⁺₀^0.004W 。

①见图9-27和图9-28。

表9-4 平面应变断裂韧度K_IC试验的最小推荐厚度

图9-26 台阶形缺口紧拉试样

注：1.引发裂纹缺口尖端的纵切面（A面）与试样左右两端面保持等间距且距离之差在0.005W以内。

2.可以采用整体刀口或附加刀口固定引伸计，见图9-28和图9-29。(www.xing528.com)

3.初始引发缺口和疲劳裂纹的形状见图9-27。

4.0.8≤W/B≤4.0（推荐W/B=2）。

5.0.45≤a/W≤0.70。

6.第2个台阶对于一些引伸计是没必要的；图9-27显示了疲劳裂纹前端缺口的包迹线图。

7.可以选择的销孔直径为ϕ0.188W⁺⁰₀^.004W 。当使用这个尺寸的销子时，最大缺口张开位移应增加到0.21W。

①见图9-27和图9-28。

3）残余应力可能影响准静态断裂韧度的测量。当试件从具有明显残余应力的区域截取时，影响是显著的。例如，焊接件、形状复杂的型钢（如热模锻、阶段式挤压、铸造）等，它们不可能完全释放应力或有局部感应残余应力。

4）从有残余应力的产品上截取的试样可能也有残余应力。在试样的截取过程中可能部分释放或重新分配残余应力的存在，仍然可能导致试验数据的重大偏差。残余应力叠加到外加应力上，作用于裂纹尖端应力场，明显不同于单纯的外加力或位移。试样机加工中的变形、试样几何形状的依赖性及在预制疲劳裂纹过程中的不规则裂纹扩展（如裂纹前缘过渡弯曲或偏离扩展平面），经常是受残余应力的影响所致。在外加力为零时的缺口张开位移（裂纹闭合效应）表征残余应力的存在，并可能影响随后的断裂韧度测定。

5）试样的缺口外形不应超过图9-27所示的包迹线。通过铣床加工的缺口底径不应大于0.10mm。锯、磨或火花腐蚀加工的缺口宽度不应大于0.15mm。试样缺口平面应垂直于试样表面，偏差在2°以内。

图9-27 疲劳裂纹包迹和裂纹引发缺口 a）包迹线 b）缺口几何形状 c）山形缺口

注：1.A=C±0.010W。

2.山形缺口底径不应大于0.25mm。

3.切口尖端的角度最大为90°。

4.如果疲劳裂纹萌生和（或）扩展很困难，可以使用图c所示的山形缺口。

①机加工缺口。

②疲劳预制裂纹。

③火花腐蚀或机加工的狭缝。

④三点弯曲试样的边沿或紧凑拉伸试样的加力线。

⑤a_m应大于A和C。

6）试样刀口可以是整体的，也可以是附加的，如图9-28和图9-29所示。图9-28和图9-29中的2x寸应当在引伸计的工作范围以内，刀口边沿与试样表面成直角，并且应保持相互平行偏差在0.5°以内。对于这两种类型图对应的引伸计，应保证引伸计与刀口接触点之间能自由转动。

7）疲劳预制裂纹应在试样最终热处理及机加工后或特定环境条件下进行。疲劳预制裂纹后，断裂试验前的中间处理仅在需要模拟特殊的结构应用时才是必要的。这一处理应在试验报告中注明。在整个预制疲劳裂纹过程中最大疲劳裂纹预制力应准确至±2.5%。

图9-28 外置刀口和相应的缺口几何尺寸 a）整体刀口 b）螺钉固定刀口

注：如果刀口是通过黏结或类似的方式固定在试样边沿，则2y等于刀口两外端点之间的距离。

①见图9-27。

②2x见试样制备中的6）。

③2y+螺纹直径=W/2。