专利名称：一种带环形裂纹的圆棒拉伸试样及其制备方法
技术领域：
本发明属于测定断裂韧性的技术领域，特别涉及一种带环形裂纹的圆棒拉伸试样及其制备方法。
背景技术：
关于平面应变断裂韧性Kie的测定，三点弯曲及紧凑拉伸试验都有标准规范。但对于某些中低强度钢，用三点弯曲或紧凑拉伸的方法测试平面应变断裂韧性K1。，需要大尺寸的试样和大吨位的试验机。这很不经济，并给试验本身带来了困难；而且即使用很厚的试样测得了平面应变断裂韧性K1。，但因实际构件的尺寸远小于这种厚度，其应用价值也并不大。若采用带环形裂纹的圆棒试样，则能够克服这些问题，而且对于低温下的断裂韧性试验，其优点更加突出。从试验技术上看，此方法存在的困难之一是:预制对称性较好的疲劳裂纹。这是因为用旋转弯曲疲劳试验机预制环形裂纹，裂纹的扩展无法直接观察，深度难以控制，而且，要使所测平面应变断裂韧性Kie具有足够的精度，就必须使圆棒试样整个圆周上的裂纹保持较好的对称性，这就更加困难。关于裂纹深度的控制，现有技术虽然介绍了挠度法，但实践证明该法既麻烦又不精确。理论上挠度和裂纹深度应有一定的对应关系，但实际上建立这种定量关系是很不容易的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带环形裂纹的圆棒拉伸试样及其制备方法，解决了现有技术中在圆棒拉伸试样上制备对称性环形裂纹困难的技术问题。为解决上述技术问题，本发明提供了一种带环形裂纹的圆棒拉伸试样，包括螺纹部位、中部圆柱和端部圆柱，所述中部圆柱在圆棒拉伸试样的中间部位，所述中部圆柱的两端分别为所述螺纹部位，所述端部圆柱分别在所述圆棒拉伸试样的两端，所述中部圆柱上有一缺口，所述缺口所在的圆周面上有连续的环形裂纹。一种带环形裂纹的圆棒拉伸试样的制备方法，包括如下步骤:在试样坯料上加工出一中部圆柱，在所述中部圆柱的两端分别加工出一螺纹部位，在所述试样坯料的两端分别加工出一端部圆柱，在所述中间圆柱上开一缺口，对所述试样坯料采用四点弯曲加载方式在旋转弯曲疲劳方法预制裂纹，使所述缺口所在的圆周面上产生连续的环形裂纹，得到带环形裂纹的圆棒拉伸试样。进一步地，所述预制裂纹的方法，具体包括如下步骤:采用四点弯曲加载方式在旋转弯曲疲劳试验机上，对所述缺口的圆棒试样施加载荷，得到运转周次和裂纹深度的曲线关系，根据所述运转周次和裂纹深度的曲线关系，调整所述运转周次。进一步地，所述环形裂纹在所述缺口所在圆周面上对称分布。
进一步地，所述裂纹预制时，所述裂纹尖端应力场强度因子最大值小于等于二分之一的所述试验坯料的平面应变断裂韧性。进一步地，所述裂纹预制时，所述裂纹尖端应力场强度因子最大值的计算方法具体如式(I)、式(2)、式(3)和式(4)所示:
权利要求
1.一种带环形裂纹的圆棒拉伸试样，其特征在于，包括螺纹部位(4)、中部圆柱(2)和端部圆柱(3)，所述中部圆柱(2)在圆棒拉伸试样(I)的中间部位，所述中部圆柱(2)的两端分别为所述螺纹部位(4)，所述端部圆柱(3)分别在所述圆棒拉伸试样(I)的两端，所述中部圆柱(2 )上有一缺口( 5 )，所述缺口( 5 )所在的圆周面上有连续的环形裂纹。
2.—种带环形裂纹的圆棒拉伸试样的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 在试样坯料上加工出一中部圆柱(2)，在所述中部圆柱(2)的两端分别加工出一螺纹部位(4)，在所述试样坯料的两端分别加工出一端部圆柱(3)，在所述中间圆柱(2)上开一缺口(5)，对所述试样坯料采用四点弯曲加载方式在旋转弯曲疲劳方法预制裂纹，使所述缺口(5)所在的圆周面上产生连续的环形裂纹，得到带环形裂纹的圆棒拉伸试样。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述裂纹预制的方法，具体包括如下步骤: 采用四点弯曲加载方式在旋转弯曲疲劳试验机上，对所述缺口的圆棒试样施加载荷，得到运转周次和裂纹深度的曲线关系，根据所述运转周次和裂纹深度的曲线关系，调整所述运转周次。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述环形裂纹在所述缺口所在圆周面上对称分布。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述裂纹预制时，所述裂纹尖端应力场强度因子最大值小于等于二分之一的所述试验坯料的平面应变断裂韧性。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述裂纹预制时，所述裂纹的尖端应力场强度因子最大值的计算方法具体如式(I)、式(2)、式(3)和式(4)所示:
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述环形裂纹的深度范围为式(5)或式(6):·0.5 ≤ d/D ≤ 0.9 (5).0.5 ≤(D-2a) /D ≤ 0.9 (6) 式中，d为裂纹包围的净断面直径，单位为mm; D为圆棒拉伸试样缺口处的有效直径，单位为mm ；a为裂纹深度，单位为mm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述环形裂纹深度不均匀性最大值小于等于 0.05mm。
全文摘要
本发明公开了一种带环形裂纹的圆棒拉伸试样及其制备方法，属于测定断裂韧性的技术领域。该圆棒拉伸试样包括螺纹部位、中部圆柱和端部圆柱，中部圆柱在圆棒拉伸试样的中间部位，中部圆柱的两端分别为螺纹部位，端部圆柱分别在圆棒拉伸试样的两端，中部圆柱上有一缺口，缺口所在的圆周面上有连续的环形裂纹，该环形裂纹通过四点弯曲加载方式在旋转弯曲疲劳试验机上进行制备。本发明提供了加载时载荷的控制方法以及该裂纹应具有的特点及其深度的控制范围。本发明试样紧凑、方法简单、经济实用，该试样尤其适用于进行低温断裂韧性试验。
文档编号G01N1/28GK103207111SQ20131008161
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者熊庆人, 马秋荣, 张伟卫, 刘亚旭, 徐欣, 孙良, 韩新利, 高建忠 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所