[发明专利]一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法

说明书

一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值K_ISCC的方法，具体测试步骤为：首先，测得拉伸成圆棒形试样材料屈服强度R_p0.2和抗拉强度R_m，在R_p0.2和R_m之间选取3‑5个应力水平分别在两种不同的环境下试验进行应力腐蚀试验；其次，进行等效裂纹计算，获得特定应力水平下对应的等效裂纹深度；然后，利用圆棒试样带周向裂纹的应力强度因子计算公式，获得每个特定应力水平对应的K值；最后，根据应力强度因子选择用三次函数拟合已获得的数据点，通过对所得曲线求一阶导数，导数最大位置对应的K值即为K_ISCC值。本发明试验周期短，可以满足铝合金等中低强度材料测试需求，试样节省材料，成本较低，试样结构简单，易于加工。

技术领域

本发明属于金属材料应力腐蚀门槛值K_ISCC测试领域，具体涉及一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值K_ISCC的方法。

背景技术

由于应力状态和试样形式的多样性，使得应力腐蚀试验方法有多种。归纳起来，加载方式有三种：慢应变速率拉伸试验、恒应变试验以及恒载荷试验。试样形式也有三种类型：光滑试样、带缺口试样和预制裂纹试样。加载形式和试样类型的不同组合会产生多种标准试验方法，如GBT 15970-2007《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验》合订本，涉及多种标准试验方法。一般来讲，光滑试样通常用来定性判定材料应力腐蚀敏感性。带缺口试样缩短了裂纹孕育期，试样破裂周期相对较短，常用于模拟材料宏观裂纹以及各种机加工缺口对应力腐蚀的敏感性。预裂纹试样，试验前需要通过疲劳加载方式预制裂纹，随后才进行应力腐蚀试验，多用于K_ISCC及da/dt的测定，即定量判定。由此可见，测试K_ISCC时只能用预制裂纹试样形式来进行测试。此外，标准对试样尺寸、加载水平、预制裂纹长短均有一系列严格要求和限制。

1957年美国科学家欧文(G.R.Irwin)提出应力强度因子概念，建立了线弹性断裂力学理论。由于K_ISCC属于断裂力学范畴，为了使裂纹尖端附件区域有足够的约束，满足线弹性断裂理论，试样必须具有足够的厚度，确保试样满足平面应变条件，这对中低强度金属材料是一大挑战。对于中低强度金属材料，要达到平面应变条件，试样厚度非常巨大，导致试验根本无法实施。为了克服这一技术壁垒，科技工作者付出了长期的探索。1966年，美国材料与测试协会(ASTM) 发表了Irwin和Bueckner提供的一种用圆棒带环形裂纹试样测试裂尖K值的试验方法。由于圆棒试样的环向裂纹尖端不存在无应力的自由表面，即使试样尺寸较小，也能满足平面应变条件。随后，各种采用圆棒缺口预制裂纹试样测试K_ISCC的文章见诸各大期刊。然而，各种新诞生的测试技术均是基于预制裂纹的圆棒试样来实现的。近年来，国际上较为有名的是澳大利亚墨尔本莫纳士大学的R.K.Raman 教授的研究工作，利用缺口圆棒预裂纹试样(CNT)测试K_ISCC取得了较好的效果。)

尽管国内外文献均有报道有关圆棒拉伸试样测试K_ISCC的成功案例，但都是建立在缺口预制裂纹试样的基础上。由于圆棒缺口试样预制裂纹要比传统标准试样预制裂纹的难度大很多，常常出现周向预制裂纹偏心问题，影响试验结果精度。除此之外，试验周期较长的问题仍旧没有得到解决。因此，为满足中低强度材料对K_ISCC值的测试需求，缩短试验周期，需要建立一种快速、便捷的测试方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值K_ISCC的方法，以损伤力学为理论基础，通过等效裂纹的损伤计算，突破现有标准试验方法对试样厚度的限制，实现利用光滑圆棒拉伸试样测试各种强度级别材料的K_ISCC值目的，为各种工程装备的安全可靠性设计奠定基础。

本发明的技术方案是：一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值K_ISCC的方法，包括以下具体测量步骤：