航空材料力学性能检测：小裂纹长度监测

疲劳小裂纹扩展速率试验中，裂纹长度监测方法是关键技术之一。由于试验采用自然萌生小裂纹的方式，且裂纹尺寸很小（一般能捕捉到的裂纹尺寸为几十微米），因此准确地监测小裂纹的萌生位置和裂纹长度具有较大难度。不仅需要良好的监测方法，还需要试验人员有足够的经验和耐心。目前已有多种小裂纹监测方法，例如复型法、长焦距显微镜法、电位法、超声波法、激光干涉法等。HB 7705—2001推荐采用复型法和长焦距显微镜法。

1.复型法

复型法的基本原理是使用醋酸纤维素薄膜记录试样的表面形貌，并在光学显微镜或扫描电镜下观察测量，从而得到裂纹长度。复型时，为了增加复型的清晰度，需对试样施加一定静载（一般不超过最大试验载荷的80%），用丙酮软化一小块醋酸纤维素薄片，并轻贴在SEN（T）试样的缺口处，待干燥几分钟后小心取下。图14-49所示为复型法示意图。图14-50所示为复型法监测得到的小裂纹形貌。

图14-49 复型法示意图

图14-50 复型法监测得到的小裂纹形貌

相比其他方法，复型法具有操作简单、成本低、精度高和重复性好的特点，甚至可检测出5～10μm的自然萌生的小裂纹尺寸，并能记录多条裂纹的萌生位置与扩展历程。但其操作费时，劳动强度较大，且不适于高温环境和含腐蚀溶液环境下的裂纹监测。

2.长焦距显微镜法(www.xing528.com)

长焦距显微镜法是以长焦距显微镜与视频图像结合测量裂纹长度的光学监测方法。整个监测系统主要由长焦距显微镜、摄像头（CCD）、监视器、光栅测长仪和三向坐标仪等部件组成，可准确测量十几微米以上的小裂纹尺寸，具有实时监测、记录和分析图像的能力，且可在高温和含腐蚀溶液的环境下使用。图14-51所示为长焦距显微镜监测系统的试验照片。图14-52所示为长焦距显微镜法监测得到的小裂纹形貌。采用长焦距显微镜法时，需注意以下两点：

图14-51 长焦距显微镜小裂纹监测系统的试验照片

图14-52 长焦距显微镜法监测得到的小裂纹形貌

1）由于长焦距显微镜放大倍数较高，在较小视场内很难找到小裂纹萌生位置。因此，建议在试样疲劳寿命的早期阶段采用复型法来确定裂纹萌生位置，且可缩短试验时间，降低试验成本。

2）在观测缺口表面的小裂纹时，为获得高清晰度的图像信息，须注意采用适合的光源类型和照射角度。