而將裂紋擴(kuò)展路徑曲折度的影響考慮進(jìn)去。L(e)代表裂紋擴(kuò)展路徑的真實(shí)長度，Lo代表裂 紋擴(kuò)展路徑沿?cái)嗔秧g性試樣開口方向的投影長度，ε代表丈量裂紋擴(kuò)展路徑的碼尺長度。修 正后的臨界應(yīng)變能釋放率如公式(3)所示。
[0036] Gic = 2yeffL(e)/Lo(e) (3)
[0037] 昜終，合#公忒Π)和（3),得，
[0038]
(4)
[0039]從公式(4)能夠得知，斷裂韌性為彈性模量E，裂紋擴(kuò)展路徑曲折度L(e)/Lo及材料 有效表面能γ eff的多元函數(shù)。在這些自變量中，僅有效表面能難以得到。不過，在1984年， Ragozin等人在Strength of Materials上發(fā)表了名為"Method of Accelerated Fracture Toughness Κκ Testing of Metallic Materials"的文章，建立了通過拉伸性能計(jì)算材料 有效表面能γ 的公式，如公式(5)所示。
[0040]
(5)
[0041]其中，為合金的均勻延伸率，即拉伸試樣在頸縮前的延伸率，％和％分別是抗拉 強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度;Ε為彈性模量，L(e)是裂紋擴(kuò)展路徑的真實(shí)長度，Lo(e)是裂紋擴(kuò)展路徑沿 斷裂韌性試樣開口方向的投影長度。
[0042] 結(jié)合公式(4)和(5)，便得到了鈦合金斷裂韌性預(yù)測模型：
[0043]
(6)
[0044]步驟2，TC18鈦合金斷裂韌性預(yù)測及實(shí)施方法。本發(fā)明采用公式(6)對TC18鈦合金 的四種組織形態(tài)進(jìn)行斷裂韌性的預(yù)測，四種組織分別命名為A，B，C，D，如附圖2所示。所述 TC18鈦合金斷裂韌性預(yù)測是對該TC18鈦合金的各組織分別進(jìn)行斷裂韌性預(yù)測。
[0045]要預(yù)測TC18鈦合金各組織的斷裂韌性，必須獲得TC18鈦合金各組織的力學(xué)性能參 數(shù)和裂紋擴(kuò)展路徑曲折度L( ε)/Lo，以單個組織為例，具體流程為：
[0046] I力學(xué)性能參數(shù)的獲取。力學(xué)性能參數(shù)包括拉伸性能和斷裂韌性。拉伸性能參數(shù)有 屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、均勻延伸率、彈性模量以及泊松比。給定組織下切取三個拉伸性能試 樣和一個斷裂韌性試樣。拉伸性能試樣的尺寸及測試方法依據(jù)GB/T228.1-2010進(jìn)行。斷裂 韌性試樣的尺寸及測試方法則嚴(yán)格按照國標(biāo)GB/T4161-2007進(jìn)行。屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、均 勻延伸率、彈性模量這四個參量均為給定組織下TC18鈦合金所測拉伸結(jié)果的求和平均值， 如表1所示。由于不同組織之間彈性模量差別不大，統(tǒng)一取彈性模量為llOGPa。泊松比統(tǒng)一 取0.35。
[0047] Π 裂紋擴(kuò)展路徑曲折度L(e)/Lo的獲取。為了獲得給定組織下TC18鈦合金斷裂韌 性試樣的裂紋擴(kuò)展路徑曲折度L(e)/Lo,首先需要磨制破壞后的鈦合金斷裂韌性試樣側(cè)面 金相，并采用OLYMPUS PMG 3光學(xué)顯微鏡進(jìn)行拍照觀察，以獲得裂紋擴(kuò)展路徑。為了保證參 數(shù)L( ε)/Lo的準(zhǔn)確性，在裂紋擴(kuò)展方向上隨機(jī)選取五個視場，視場寬度不低于200μπι。
[0048] 以單個視場為例說明對視場中的L(e)/Lo進(jìn)行計(jì)算的過程：由于裂紋擴(kuò)展路徑在 空間中并不一定處在同一平面內(nèi)，因此所照路徑會產(chǎn)生虛化、輪廓不清楚的情況，嚴(yán)重影響 統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性。鑒于此，需要對裂紋擴(kuò)展路徑進(jìn)行清晰化處理，使用專業(yè)的圖像處理軟件 Image Pro Plus 6.0進(jìn)行二值化、腐蝕膨脹及開閉運(yùn)算處理，得到清晰的裂紋擴(kuò)展路徑，如 圖3所示。采用divider method統(tǒng)計(jì)視場內(nèi)的真實(shí)裂紋長度L(e)。為了保證準(zhǔn)確性，碼尺長 度取10M1。裂紋投影長度Lo直接根據(jù)視場中的比例尺直接算得。計(jì)算L( e)/Lo,得到某一視場 下的裂紋擴(kuò)展路徑曲折度。
[0049] 按照以上所述步驟對給定組織下TC18鈦合金其余4個視場的L(〇/Lo分別進(jìn)行計(jì) 算，最后對5個視場的L(〇/L〇值求和取平均值，即為給定組織下TC18鈦合金裂紋擴(kuò)展路徑 曲折度，如表1所示。
[0050] 步驟3，TC18鈦合金斷裂韌性預(yù)測方法有效性驗(yàn)證。將步驟2中所獲得的拉伸性能 參數(shù)及裂紋擴(kuò)展路徑曲折度L(e)/L〇代入公式(6)，能夠算得給定組織下TC18鈦合金的斷裂 韌性值。根據(jù)步驟1和2分別計(jì)算其它組織形態(tài)下TC18鈦合金斷裂韌性。最終將四種組織形 態(tài)下TC18鈦合金斷裂韌性實(shí)測值與預(yù)測值對比，如表2所示。對比發(fā)現(xiàn)，公式(6)能夠很好的 預(yù)測TC18鈦合金的斷裂韌性，最大誤差不超過8%。
[0051 ]表1 TC18鈦合金拉伸參量及裂紋擴(kuò)展路徑曲折度
[0052]
[0053] 表2 TC18鈦合金斷裂韌性實(shí)測值與預(yù)測值對比
[0054]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種TC18鐵合金網(wǎng)籃組織斷裂初性預(yù)測方法，其特征在于，具體過程是： 步驟1，斷裂初性預(yù)測模型的推導(dǎo)： 通過公式(6)推導(dǎo)斷裂初性預(yù)測模型其中，Kic為斷裂初性，Se為合金的均勻延伸率，即拉伸試樣在頸縮前的延伸率，Ob和曰y分 別是抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度;E為彈性模量，UO是裂紋擴(kuò)展路徑的真實(shí)長度，Lo(E)是裂紋擴(kuò) 展路徑沿?cái)嗔殉跣栽嚇娱_口方向的投影長度，V為泊松比； 步驟2，TC18鐵合金斷裂初性預(yù)測及實(shí)施方法:采用公式(6)對TC18鐵合金的四種組織 形態(tài)分別進(jìn)行斷裂初性的預(yù)測，四種組織分別命名為A，B，C，D; 要預(yù)測TC18鐵合金各組織的斷裂初性，必須分別獲得TC18鐵合金各組織的力學(xué)性能參 數(shù)和裂紋擴(kuò)展路徑曲折度U e) /Lo，具體流程為： I力學(xué)性能參數(shù)的獲取;力學(xué)性能參數(shù)包括拉伸性能和斷裂初性;拉伸性能參數(shù)有屈服 強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、均勻延伸率、彈性模量W及泊松比；給定組織下切取=個拉伸性能試樣和 一個斷裂初性試樣； n裂紋擴(kuò)展路徑曲折度U e)/Lo的獲取;通過破壞后的鐵合金斷裂初性試樣側(cè)面金相， 獲得裂紋擴(kuò)展路徑，并在所述裂紋擴(kuò)展路徑上隨機(jī)選取五個視場，各視場的寬度不低于200 皿； 對得到的各視場中的l(〇/l〇進(jìn)行計(jì)算的過程:通過圖像處理軟件進(jìn)行二值化、腐蝕膨 脹及開閉運(yùn)算處理，得到清晰的裂紋擴(kuò)展路徑;采用divider method方法統(tǒng)計(jì)視場內(nèi)的真 實(shí)裂紋長度L( e);為了保證準(zhǔn)確性，碼尺長度取10皿;裂紋投影長度Lo通過視場中的比例尺 得到;計(jì)算L(〇/Lo,得到某一視場下的裂紋擴(kuò)展路徑曲折度； 按照W上所述步驟對給定組織下TC18鐵合金其余4個視場的L(〇/Lo分別進(jìn)行計(jì)算，最 后對5個視場的L(〇/L〇值求和取平均值，即為給定組織下TC18鐵合金裂紋擴(kuò)展路徑曲折 度； 重復(fù)所述過程，直至獲得A，B，C，D四種組織的力學(xué)性能參數(shù)和裂紋擴(kuò)展路徑曲折度； 步驟3，TC18鐵合金斷裂初性預(yù)測方法有效性驗(yàn)證:將步驟2中所獲得的拉伸性能參數(shù) 及裂紋擴(kuò)展路徑曲折度L(〇/L〇代入公式(6)，能夠算得某一給定組織下TC18鐵合金的斷裂 初性值;根據(jù)步驟1和2分別A，B，C，D四種組織形態(tài)下TC18鐵合金斷裂初性;最終將四種組織 形態(tài)下TC18鐵合金斷裂初性實(shí)測值與預(yù)測值對比;對比發(fā)現(xiàn)，公式(6)能夠很好的預(yù)測TC18 鐵合金的斷裂初性，最大誤差不超過8%。2. 如權(quán)利要求1所述TC18鐵合金網(wǎng)籃組織斷裂初性預(yù)測方法，其特征在于，步驟2中所 述拉伸性能試樣的尺寸及測試方法依據(jù)GB/T 228.1-2010進(jìn)行，所述斷裂初性試樣的尺寸 及測試方法則嚴(yán)格按照國標(biāo)GB/T4161-2007進(jìn)行；屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、均勻延伸率和彈性 模量各參量均為某個組織下TC18鐵合金所測拉伸結(jié)果的求和平均值。3. 如權(quán)利要求1所述TC18鐵合金網(wǎng)籃組織斷裂初性預(yù)測方法，其特征在于，所述彈性模 量為1IOG化，泊松比為0.35。4. 如權(quán)利要求1所述TC18鐵合金網(wǎng)籃組織斷裂初性預(yù)測方法，其特征在于，所述獲得
【專利摘要】一種TC18鈦合金網(wǎng)籃組織斷裂韌性預(yù)測方法，通過綜合考慮本征斷裂抗力和外在斷裂抗力對鈦合金斷裂韌性的影響，建立了基于鈦合金拉伸性能和裂紋擴(kuò)展路徑的斷裂韌性預(yù)測模型，并且制訂了利用該模型進(jìn)行鈦合金斷裂韌性預(yù)測的具體實(shí)施規(guī)范。本發(fā)明中，獲得鈦合金裂紋擴(kuò)展路徑曲折度是對其進(jìn)行斷裂韌性預(yù)測的重要環(huán)節(jié)。基于本發(fā)明，TC18鈦合金斷裂韌性被成功預(yù)測，預(yù)測誤差在8％以內(nèi)。本發(fā)明適用于任意種類和任意組織的鈦合金。
【IPC分類】G01N3/08
【公開號】CN105651603
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】曾衛(wèi)東, 石曉輝, 史春玲, 王浩軍
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月28日