[发明专利]用正交切削法测定材料断裂韧性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及切削加工和材料性能测试技术领域，尤其涉及一种用正交切削法测定材料断裂韧性的方法。

背景技术

断裂韧性是材料（包括金属材料和非金属材料）的重要性能参数，可表征材料抵抗断裂的能力。机件中裂纹逐渐扩展时，裂纹尖端的应力场强度因子K_I随之增大，当K_I达到临界值时，机件中的裂纹产生失稳扩张，该应力场强度因子的临界值，即为材料的断裂韧性。当裂纹尖端处于平面应变状态时，断裂韧性的数值最低，反映了材料抵抗脆性断裂的能力。因此，测定具体材料的断裂韧性时，一般测定其平面应变断裂韧性K_IC。

平面应变断裂韧性的测试方法已比较定型，基本过程是把待测材料制成一定形状和尺寸的试样，并在试样上制作出等效于缺陷的裂纹，然后对试样加载，在加载过程中用测量仪器连续记录载荷增长和裂纹扩展情况，一直到裂纹失稳扩展的临界状态，根据载荷和裂纹的发展情况确定出材料的断裂韧性。该方法前期试样制备过程复杂，等效缺陷裂纹的制作有较大的随意性和人为性，使测量精度难以保证，且测量过程所需时间较长。

对于某些高韧性、低屈服强度的材料，测试其断裂韧性时，由于裂纹尖端的塑性变形区域较大导致裂纹钝化，使用现有方法测试时更加困难。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种用正交切削法测定材料断裂韧性的方法；采用正交切削法对材料切削、材料的受力状态为平面应变状态，待测试样不需制成特定形状，测试过程简单易行；切削刀具可使去除层材料与基体之间迅速断裂，可有效解决高韧性、低屈服强度材料的裂纹钝化问题，使用正交切削实验确定材料断裂韧性的方法完全可替代现有测试方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种用正交切削法测定材料断裂韧性的方法，包括以下步骤：

1）对材料待测试样初加工；

2）将测力仪安置于工件下方并与机床工作台固定连接，用于测量切削力F_c和切削推力F_t；

3）在机床上对待测试样切削加工；

4）在不同切削厚度a_c下，计算或测量切屑厚度a_ch；

5）根据以下公式计算得到被切削材料的断裂韧性值G_c：

Fcaw-Ftawtanφ=σs2ac(tanφ+1tanφ)+Gc,]]>

其中，F_c为切削力、F_t为切削推力、a_c为切削厚度、a_w为切削宽度、σ_s为工件材料的屈服强度；计算得到被切削材料的断裂韧性值G_c；

其中