專利名稱：一種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測定斷裂韌性的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣及其制備方法。
背景技術(shù)：
關(guān)于平面應(yīng)變斷裂韌性Kie的測定，三點彎曲及緊湊拉伸試驗都有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但對于某些中低強(qiáng)度鋼，用三點彎曲或緊湊拉伸的方法測試平面應(yīng)變斷裂韌性K1。，需要大尺寸的試樣和大噸位的試驗機(jī)。這很不經(jīng)濟(jì)，并給試驗本身帶來了困難；而且即使用很厚的試樣測得了平面應(yīng)變斷裂韌性K1。，但因?qū)嶋H構(gòu)件的尺寸遠(yuǎn)小于這種厚度，其應(yīng)用價值也并不大。若采用帶環(huán)形裂紋的圓棒試樣，則能夠克服這些問題，而且對于低溫下的斷裂韌性試驗，其優(yōu)點更加突出。從試驗技術(shù)上看，此方法存在的困難之一是:預(yù)制對稱性較好的疲勞裂紋。這是因為用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機(jī)預(yù)制環(huán)形裂紋，裂紋的擴(kuò)展無法直接觀察，深度難以控制，而且，要使所測平面應(yīng)變斷裂韌性Kie具有足夠的精度，就必須使圓棒試樣整個圓周上的裂紋保持較好的對稱性，這就更加困難。關(guān)于裂紋深度的控制，現(xiàn)有技術(shù)雖然介紹了撓度法，但實踐證明該法既麻煩又不精確。理論上撓度和裂紋深度應(yīng)有一定的對應(yīng)關(guān)系，但實際上建立這種定量關(guān)系是很不容易的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中在圓棒拉伸試樣上制備對稱性環(huán)形裂紋困難的技術(shù)問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣，包括螺紋部位、中部圓柱和端部圓柱，所述中部圓柱在圓棒拉伸試樣的中間部位，所述中部圓柱的兩端分別為所述螺紋部位，所述端部圓柱分別在所述圓棒拉伸試樣的兩端，所述中部圓柱上有一缺口，所述缺口所在的圓周面上有連續(xù)的環(huán)形裂紋。一種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣的制備方法，包括如下步驟:在試樣坯料上加工出一中部圓柱，在所述中部圓柱的兩端分別加工出一螺紋部位，在所述試樣坯料的兩端分別加工出一端部圓柱，在所述中間圓柱上開一缺口，對所述試樣坯料采用四點彎曲加載方式在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞方法預(yù)制裂紋，使所述缺口所在的圓周面上產(chǎn)生連續(xù)的環(huán)形裂紋，得到帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣。進(jìn)一步地，所述預(yù)制裂紋的方法，具體包括如下步驟:采用四點彎曲加載方式在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機(jī)上，對所述缺口的圓棒試樣施加載荷，得到運轉(zhuǎn)周次和裂紋深度的曲線關(guān)系，根據(jù)所述運轉(zhuǎn)周次和裂紋深度的曲線關(guān)系，調(diào)整所述運轉(zhuǎn)周次。進(jìn)一步地，所述環(huán)形裂紋在所述缺口所在圓周面上對稱分布。
進(jìn)一步地，所述裂紋預(yù)制時，所述裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度因子最大值小于等于二分之一的所述試驗坯料的平面應(yīng)變斷裂韌性。進(jìn)一步地，所述裂紋預(yù)制時，所述裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度因子最大值的計算方法具體如式(I)、式(2)、式(3)和式(4)所示:
權(quán)利要求
1.一種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣，其特征在于，包括螺紋部位(4)、中部圓柱(2)和端部圓柱(3)，所述中部圓柱(2)在圓棒拉伸試樣(I)的中間部位，所述中部圓柱(2)的兩端分別為所述螺紋部位(4)，所述端部圓柱(3)分別在所述圓棒拉伸試樣(I)的兩端，所述中部圓柱(2 )上有一缺口( 5 )，所述缺口( 5 )所在的圓周面上有連續(xù)的環(huán)形裂紋。
2.—種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 在試樣坯料上加工出一中部圓柱(2)，在所述中部圓柱(2)的兩端分別加工出一螺紋部位(4)，在所述試樣坯料的兩端分別加工出一端部圓柱(3)，在所述中間圓柱(2)上開一缺口(5)，對所述試樣坯料采用四點彎曲加載方式在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞方法預(yù)制裂紋，使所述缺口(5)所在的圓周面上產(chǎn)生連續(xù)的環(huán)形裂紋，得到帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述裂紋預(yù)制的方法，具體包括如下步驟: 采用四點彎曲加載方式在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機(jī)上，對所述缺口的圓棒試樣施加載荷，得到運轉(zhuǎn)周次和裂紋深度的曲線關(guān)系，根據(jù)所述運轉(zhuǎn)周次和裂紋深度的曲線關(guān)系，調(diào)整所述運轉(zhuǎn)周次。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述環(huán)形裂紋在所述缺口所在圓周面上對稱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述裂紋預(yù)制時，所述裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度因子最大值小于等于二分之一的所述試驗坯料的平面應(yīng)變斷裂韌性。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述裂紋預(yù)制時，所述裂紋的尖端應(yīng)力場強(qiáng)度因子最大值的計算方法具體如式(I)、式(2)、式(3)和式(4)所示:
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述環(huán)形裂紋的深度范圍為式(5)或式(6):·0.5 ≤ d/D ≤ 0.9 (5).0.5 ≤(D-2a) /D ≤ 0.9 (6) 式中，d為裂紋包圍的凈斷面直徑，單位為mm; D為圓棒拉伸試樣缺口處的有效直徑，單位為mm ；a為裂紋深度，單位為mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述環(huán)形裂紋深度不均勻性最大值小于等于 0.05mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶環(huán)形裂紋的圓棒拉伸試樣及其制備方法，屬于測定斷裂韌性的技術(shù)領(lǐng)域。該圓棒拉伸試樣包括螺紋部位、中部圓柱和端部圓柱，中部圓柱在圓棒拉伸試樣的中間部位，中部圓柱的兩端分別為螺紋部位，端部圓柱分別在圓棒拉伸試樣的兩端，中部圓柱上有一缺口，缺口所在的圓周面上有連續(xù)的環(huán)形裂紋，該環(huán)形裂紋通過四點彎曲加載方式在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行制備。本發(fā)明提供了加載時載荷的控制方法以及該裂紋應(yīng)具有的特點及其深度的控制范圍。本發(fā)明試樣緊湊、方法簡單、經(jīng)濟(jì)實用，該試樣尤其適用于進(jìn)行低溫斷裂韌性試驗。
文檔編號G01N1/28GK103207111SQ20131008161
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者熊慶人, 馬秋榮, 張偉衛(wèi), 劉亞旭, 徐欣, 孫良, 韓新利, 高建忠 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所