壓痕法對(duì)韌性材料和脆性材料斷裂韌性的評(píng)價(jià)ppt課件

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1、Fast dtda 完全延伸塑性區(qū)域 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 應(yīng) 用 壓 痕理 論 步 驟 .1 屈服的外 圍 接 觸 面 積 形成一 個(gè) 表面塑性面 赫茲接觸理論 步 驟 . 2 塑性 區(qū) 形成完全的 擴(kuò)張 延伸塑性 區(qū) )( 彈塑性理論擴(kuò)張腔模型c a h* Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 赫 茲彈 性接 觸 理 論 接 觸區(qū) 域的外 壓 力 (r a) m2 2 r pr2 a)21( ss 0zs 當(dāng)

2、一 個(gè)徑 向 應(yīng) 力在接 觸區(qū) 域 邊緣 （ r=a） 滿 足屈服準(zhǔn) 則 mr p 2 21 s 通 過 Mises 屈服準(zhǔn) 側(cè) ysym Cp s 1壓頭 材料 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 擴(kuò) 大控模型 (E-P 理 論 ) 塑性 區(qū)應(yīng) 力 (a r c) rip s 3 1)ln(2 r c yy s s s s 3 2)ln(2 r c y r ys i ys r p a c ss s ln2 3 變 化的核心 壓 力 (r = a) 直到完全 擴(kuò) 展延伸 區(qū) 域形成 1ac

3、 2Cac by K.E. Puttick (1977) im p ysi acp s ln232核心 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 等效 斷 裂能量的準(zhǔn) 側(cè) 步 驟 1 ysf cm Cp s mymcm ppp cm 所需的 總壓 力等效 斷 裂能量 步 驟 2 iym pp Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 對(duì) 脆性材料的 斷 裂 韌 性 0 20 40 60 80 0 500 1000 1500 P c m I nd en t

4、 ati on de pth ( m) h * In d e n ta tio n m e a n p r e s s u r e (k g f/m 2 ) )1( 2 EwK f JC P m - h 曲 線 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 10 20 30 40 50 60 L ( k g f) h ma x ( m ) 壓 痕深度曲 線 2 c maxm aLp -每 個(gè) 卸 載 深度曲 線 意味 -的接 觸壓 力 *0h c f dhA Lw (1) 壓 痕 測試 (6) 壓 痕 斷 裂 韌 性 (KJC) (2)測 量屈服強(qiáng)度 ys

5、 & 決 定加 載 力 Pmc - ys 從載 荷 -深度曲 線 分析而 來 (3) 裝配 Pm-h 曲 線 ysfcm Cp s - (4) 決 定 h* - 決 定 Pmc 在 Pm-h 曲 線 (5) 臨 界深度 h* 等效 斷 裂能 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 韌 性材料模型 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 依據(jù) L (k g f) h m a x ( m ) 關(guān)鍵壓 痕深度 (h*) crr ee rr 在 h*臨 界

6、應(yīng)變 依據(jù) Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 單軸拉伸斷裂應(yīng)變 ce 吸收 應(yīng)變 能直到 斷 裂 應(yīng)變 = 韌 性 (拉伸能量 ) 在 h*臨 界 應(yīng)變 依據(jù) 應(yīng)變 應(yīng) 力 高 碳鋼 中 碳鋼 低 碳鋼 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 設(shè) 想 彈 性能量 釋 放由于裂 紋 增 長 等于裂 紋 尖端塑性功 數(shù) 量 . J E KG 22 1 Peel and Frosyth, 1973 塑性 單 位面 積 Tp UrW 2

7、r : 塑性 區(qū) 半 徑 UT : 單 位面 積 的塑性功 對(duì) 于小范 圍 屈服 , 單 位面 積 上的 彈 性能量 釋 放 )1( 2 )1()1( 222 EUrEWEJK TcpC JC Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 塑性功 )1( 2 2 EUrK Tc JC Mechanical metallurgy, G.E. Dieter fRfYSUTST eeU sss21 塑性功 = 應(yīng) 力 -應(yīng)變 曲 線 的截取面 積 )1( Eer2K 2 fRc JC s sR : 真實(shí)應(yīng)

8、 力 ef : 工程 斷 裂 應(yīng)變 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 力 學(xué)參數(shù) )1( Eer2K 2 fRc JC s 從壓 痕 參數(shù) 中估 計(jì) 塑性 區(qū) 域尺寸 斷 裂 應(yīng)變 測 量 參數(shù) 彈 性性能 vs. 塑性性能 函 數(shù) 均 勻應(yīng)變 屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 彈 性模量 松泊比 , =0.3 斷 裂 韌 性 rc ef 從測 量中 計(jì) 算出 來 的 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 塑性 區(qū) 域尺寸

9、 , rc P 塑性 應(yīng)變 彈 性 約 束 塑性 區(qū) 域 塑性 應(yīng)變與彈 性 約 束之 間 的平衡 主 導(dǎo)彈 性 約 束 主 導(dǎo) 塑性 應(yīng)變 Small PZS Large PZS Resilience E U ysR 2 2s斷 裂 應(yīng)變 , ef uf fe e 真實(shí) 均 勻應(yīng)變與 工程 斷 裂 應(yīng)變實(shí)驗(yàn)關(guān) 系 Rc Ufr , Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability )1( Eer2K 2 fRc JC s 塑性 區(qū) 尺寸 斷 裂 應(yīng)變 測 量 參數(shù) 斷 裂 韌 性 Rc Ufr

10、uf fe e 對(duì)韌 性材料 斷 裂 韌 性 21 )()( es EfUfK uRR JC s ,,ER 驗(yàn)證模型 - 壓痕法對(duì)其他測試方法對(duì)比結(jié)果 - 低溫應(yīng)用 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 測試 材料的列表 材料 拉伸 測試結(jié) 果 KJC從 J方法 測試 結(jié) 果 E YS UTS n ef Uniform strain Specimen thickness JC KJC (Avg.) Stdev. MPa mm kJ/m2 MPam 1 碳鋼 (結(jié)構(gòu)鋼 ) SCM4 207000 723.

11、349 994.488 0.130 0.168 0.066 8 43.68 106.16 0.34 2 SK3 207000 315.100 706.527 0.263 0.356 0.180 8 34.76 88.86 10.82 3 SKS3 207000 434.900 755.502 0.218 0.314 0.160 8 60.60 118.17 5.78 4 SKH51 207000 294.850 784.372 0.259 0.171 0.117 8 14.57 59.75 4.36 5 SKD11 207000 342.800 807.687 0.255 0.118 0.09

12、9 8 40.52 98.37 6.83 6 SUJ2 207000 404.300 821.659 0.240 0.333 0.161 8 54.38 113.87 13.03 7 S45C 207000 338.473 727.805 0.269 0.273 0.147 15 144.61 181.32 5.07 8 SCM21 207000 288.752 579.349 0.223 0.298 0.142 15 339.98 281.37 12.03 9 SS400 207000 259.399 497.034 0.238 0.380 0.182 20 423.05 310.21 0.

13、05 10 SKD61 207000 377.415 765.815 0.235 0.310 0.142 20 571.61 360.58 3.02 11 低 溫 度 . 管道 A106 207000 304.523 583.154 0.217 0.303 0.158 13.5 304.56 263.03 13.58 12 Cr-Mo (鍋爐 管道 ) A387 G22 207000 519.350 689.020 0.142 0.249 0.085 16 518.58 343.14 18.12 13 API (石油管道 ) X65 207000 466.913 650.875 0.169 0

14、.350 0.149 14 372.91 291.18 7.99 14 X100 207000 598.560 918.072 0.141 0.251 0.089 19 548.24 352.80 19.07 15 X120 207000 745.863 1022.969 0.130 0.200 0.054 16 687.95 395.52 9.25 16 丌 銹鋼 SUS403 207000 335.277 671.527 0.212 0.360 0.154 13 332.40 274.98 10.92 17 SUS420J2 207000 398.468 797.689 0.207 0.

15、290 0.124 8 103.87 155.29 10.58 18 SUS440 207000 329.900 820.767 0.256 0.215 0.118 8 26.33 85.02 0.12 19 SUS304 207000 285.685 1138.378 0.359 0.774 0.493 20 537.13 349.27 17.05 20 SUS304L 207000 258.816 1164.728 0.402 0.654 0.427 20 666.29 389.21 11.04 21 SUS347 207000 244.863 999.489 0.369 0.644 0.

16、416 23 591.39 366.74 6.43 22 SUS321 207000 252.402 1039.966 0.373 0.724 0.471 22 499.02 336.91 2.67 23 鋁 合金 Al2024 70000 459.100 669.399 0.152 0.165 0.128 8 48.20 64.07 7.53 24 Al7075 70000 517.700 621.813 0.080 0.136 0.050 8 17.24 36.96 9.10 25 銅 合金 C62400 120000 433.206 842.945 0.259 - 0.066 9 4.8

17、3 25.61 0.35 26 InCu 120000 160.025 480.855 0.328 0.483 0.371 17 187.25 156.85 15.15 27 鎳 合金 Alloy20 207000 348.337 762.178 0.235 0.379 0.207 17 453.21 321.08 - 28 鈦 合金 Ti-6Al-4V 110000 937.128 1099.815 0.080 - 0.086 9 90.16 113.62 11.43 29 Ti-6Al-6V-2Sn 110000 1009.230 1172.560 0.076 - 0.105 9

18、39.00 72.24 3.12 30 Ti-5Al-2.5Sn 110000 885.569 1038.013 0.066 - 0.096 9 61.56 86.63 5.73 31 Ti-10Al-2Fe-3Al 110000 1163.318 1257.332 0.096 - 0.027 9 94.07 96.59 17.33 傳統(tǒng) 拉伸 試驗(yàn)與斷 裂 韌 性 測試試結(jié) 果 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 測試條 件 壓頭 壓頭 半 徑 控制方法 碳 化 鎢 球形 壓頭 250 um 最大深度控制

19、設(shè)備 AIS 系 統(tǒng) 最大 壓 痕深度 150 um 零指 數(shù) 0.06 kgf 表面粗糙度 #2000 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 X 65 SU S403 I nC u X 100 X 120 SC M 21 SS400 SKD 61 A106 A387-G 22 Alloy 20 304 304L 347 321 S45C SU S420J 2 SC

20、 M 4 SKS3 SU S440 SKH 51 SU J 2 SKD 11 SK3 T i-10-2-3 T i-6-4 T i-6-6-2 T i-5-2. 5 C 6240 0 Al2024 Al7075 X 120 304L A 106 S S 400 X 65 S C M 21 403 A 387 - G 22 S K D 61 347 420 J2 S 45C I n C u T i - 10- 2- 3 T i - 6- 4 T i - 5- 2. 5 T i - 6- 6- 2 A l 202 4 A l 707 5 C 624 00 SK3 S C M 4 S K D 11

21、 440 S U J2 SKS3 S K H 51 321 X 100 A l l oy 20 304 +20% -20% KJC Results 壓 痕法 測試 KJC (MPam) J積 分 測試 K JC (M Pa m ) 脆性材料模型 韌 性材料模型 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability KJC 結(jié) 果 脆性材料 韌 性材料 Ductile Material J方法 KJC 壓 痕法 KJC KJC (Avg.) Stdev. KJC (Avg.) Stdev. MPam MPam 碳鋼 (結(jié)構(gòu)鋼 ) SC

22、M21 281.37 12.03 256.50 4.73 SS400 310.21 0.05 235.45 15.18 SKD61 360.58 3.02 316.47 10.96 低溫度管道 A106 263.03 13.58 242.60 11.01 Cr-Mo (鍋爐管 ) A387 G22 343.14 18.12 273.63 11.18 API (石油管道 ) X65 291.18 7.99 273.33 6.03 X100 352.80 19.07 330.75 13.57 X120 395.52 9.25 448.10 5.54 不銹鋼 SUS403 274.98 10.92

23、 251.26 3.86 SUS304 349.27 17.05 373.38 21.34 SUS304L 389.21 11.04 398.47 33.71 SUS347 366.74 6.43 326.28 11.94 SUS321 336.91 2.67 324.22 15.87 鈦合金 Alloy20 321.08 - 292.88 5.53 脆性材料 J方法 KJC 壓 痕法 KJC KJC (Avg.) Stdev. KJC (Avg.) Stdev. MPam MPam 碳鋼 (結(jié)構(gòu)鋼 ) SCM4 106.16 0.34 90.87 6.62 SK3 88.86 10.82

24、 89.96 3.49 SKS3 118.17 5.78 110.68 3.10 SKH51 59.75 4.36 90.13 10.99 SKD11 98.37 6.83 89.82 7.96 SUJ2 113.87 13.03 103.19 14.21 S45C 181.32 5.07 165.80 9.49 不銹鋼 SUS420J2 155.29 10.58 156.81 7.94 SUS440 85.02 0.12 94.77 9.75 鋁 合金 Al2024 64.07 7.53 52.06 4.56 Al7075 36.96 9.10 43.87 3.30 銅 合金 C624

25、00 25.61 0.35 16.82 - InCu 156.85 15.15 160.37 6.06 鈦合金 Ti-6Al-4V 113.62 11.43 108.33 15.47 Ti-6Al-6V-2Sn 72.24 3.12 50.07 6.96 Ti-5Al-2.5Sn 86.63 5.73 92.21 10.47 Ti-10Al-2Fe-3Al 96.59 17.33 75.19 15.14 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 低 溫 系 統(tǒng) 評(píng) 價(jià) 斷 裂 韌 性 與氣溫 的 變 化 低 溫 在 斷 裂

26、 韌 性的 測 量 使用 ASTM E1921在零下 溫 度下分析 應(yīng) 用 真 空腔尺寸 (WxDxH) 410 x 300 x 160 (mm) 冷卻元件 液 氮 環(huán) 境 測試 真 空、隔離 最低 溫 度 . -160 oC 冷卻速度 40 oC/min ( 40 oF/min) 規(guī) 格 恒 溫 槽控制器 AIS 系 統(tǒng) 真 空腔 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability V型 斷 口 樣 品 T 1_ 1 T 1_ 2 T 2_ 1 T 2_ 2 0 20 40 60 80 100 120 140

27、 160 180 IIT Charpy FT , K JC from I IT ( MPam 0 .5 ) 0 20 40 60 80 100 120 140 A t Ro om Tem peratu re CVN (J) T 1_ 1 T 1_ 2 T 2_ 1 T 2_ 2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 FT , K JC from I IT ( MPam 0 .5 ) IIT Charpy 0 20 40 60 80 100 120 140 A t - 29 o C CVN (J) 壓 痕法 與 V型 斷 口 試驗(yàn)結(jié) 果 關(guān) 系 - 材料 : 2

28、.25Cr1MoV steel (焊 接 ) - 試驗(yàn)溫 度：常 溫 和 -29oC 低 溫測試應(yīng) 用 壓 痕法 沖 擊試驗(yàn) 壓 痕法 沖 擊試驗(yàn) 室 溫 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability 低 溫 下的 應(yīng) 用 主要曲 線 : KJC 壓 痕法 : KJC J方法 樣 品信息 與測試條 件 化 學(xué) 成分 (wt.%) C Si Mn P S Ni 0.21 0.24 1.36 0.007 0.002 0.92 Cr Mo Al Cu V 0.21 0.49 0.022 0.03 0.005

29、 化 學(xué) 成分 材料 SA508-3, ID:GS880 樣 品 V型缺口 試樣 用途 核反 應(yīng) 堆 壓 力容器 溫 度范 圍 (大 約 零下 10） -110-20 斷 裂 韌 性 測試 依據(jù) ASTM E1920 -2 0 0 -1 5 0 -1 0 0 -5 0 0 50 0 50 100 150 200 250 F M CG, K A E RI G S88 0 , PC VN K JC , 1 T ( M P a - m 0 . 5 ) T emperature ( o C) T 0 = - 6 3 . 5 o C M e d ian 5 , 9

30、5 % T olera nce b ou nd 參 考 : Bong-Sang Lee, Min-Chul Kim, Maan-Won Kim, Ji-Hyun Yoon, Jun-Hwa Hong, “ 理 論 曲 線 技 術(shù)來評(píng) 估一 個(gè)輻 照脆化的核反 應(yīng) 堆 壓 力容器 長 期操作” ,國際 期刊 壓 力容器和 管道 85(2008)593 - 599 公差 約 束 中 值 Fast & Precise Solutions for Quality & Reliability Applications at low temperature - Master Curv

31、e : KJC from IIT : KJC from J-Test Specimen information and testing conditions Chemical composition (wt.%) C Si Mn P S Ni 0.21 0.24 1.36 0.007 0.002 0.92 Cr Mo Al Cu V 0.21 0.49 0.022 0.03 0.005 Chemical composition of specimen Material SA508-3, ID:CS50 Specimen Compact tension and precrack

32、ed CVN Use Nuclear reactor pressure vessel Temperature range (about10 Interval) -110-20 Fracture toughness testing ASTM E1920 -2 0 0 -1 5 0 -1 0 0 -5 0 0 50 0 50 100 150 200 250 F M CG, K A E RI C S50 , PC VN K JC , 1 T ( M P a - m 0 . 5 ) T emperature ( o C) T 0 = - 2 6 . 5 o C M e d ian 5 , 9 5 % T olera nce b ou nd 參 考 : Bong-Sang Lee, Min-Chul Kim, Maan-Won Kim, Ji-Hyun Yoon, Jun-Hwa Hong, “ 理 論 曲 線 技 術(shù)來評(píng) 估一 個(gè)輻 照脆化的核反 應(yīng) 堆 壓 力容器 長 期操作” ,國際 期刊 壓 力容器和 管道 85(2008)593 - 599 中 值 公差 約 束 謝謝觀賞 ! 此課件下載可自行編輯修改，供參考！ 感謝您的支持，我們努力做得更好！ 34