金属材料中低加载速率下的动态韧脆转变及断裂韧性测量1)

李一磊 姚 迪 乔红威 李锡华 张 鲲 孙 磊 闫 晓 李朋洲

(中国核动力研究设计院反应堆工程研究所,成都 610213)

引言

自1948 年Mott[1]首次对材料动态断裂行为进行定量分析,动态断裂力学发展至今已有70 余年历史.基于准静态断裂力学的断裂韧性表征方法及测试方法,为测试材料在动态加载下的断裂性能,研究者们采用各种冲击试验装置对断裂试验件进行冲击试验,并归纳出一系列动态断裂性能测试方法.目前材料动态断裂性能研究主要试验方法以下3 种试验方法.

(1)Charpy 摆锤冲击试验方法.夏比冲击试验靠摆锤的冲击试验动态加载,锤头速度一般在3～6 m/s之间.Radon 等[2]利用摆锤冲击试验装置对预制疲劳裂纹和单边缺口的低碳钢进行了断裂韧性研究,Ireland[3]通过准静态断裂理论开展了动态断裂韧性的相关试验研究.目前主要通过记录冲击过程的载荷−位移曲线来近似计算材料的动态J-R阻力曲线,也可通过能量法来近似推算材料的动态JID[4-7].但该方法存在载荷稳定性差,加载速度不稳定等缺点,试验所获得动态应力场强度因子与其理论基础也存在较大差别[8-9].

(2)落锤试验方法.落锤试验机的冲击速度取决于锤头落下的高度,一般为5～15 m/s,通过在锤头安装精密传感器,并用计算机进行自动采集数据,将试验过程中的载荷−位移曲线记录下来,测量试验中的动态KID.

(3)霍普金森杆试验方法.分离式霍普金森杆采用应力波加载,实现高速度下的动态测试,是业内最广泛应……