资源描述：
《测定陶瓷材料断裂韧性的压痕弯曲梁法的改进.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、。,第十九卷第三期!∀#枪∃硅酸盐学报%&∋(,)年月测定陶瓷材料断裂韧性的压痕弯曲梁法的改进’龚江宏关振铎∗清华大学材料科学与工程系+摘要,,。。−考虑残余应力对压痕弯曲梁应力场强度的贡献后对相应的,表达式进行了修正研究表明在合,。,,适的压痕压制荷载范围内弯曲梁强度与压痕裂纹深度的倒数平方根之间存在线性关系压痕处认十。,一.的残余应力效应可以用直线关系式中的强度修正项加以,述高温下强度修正项的值随温度的了干,说,。升高而减小明残余应力在高温作用下得到了部分消除退火处理也导致了强度修正项的减小采用强度,。,−。由/一直线斜率求得
2、修正项后的,计算公式压痕弯曲梁法可望应用于各种温度下的,测试,了干的.。。,值不受残余应力影响−断裂韧性,,,关键词压痕残余应力陶瓷材料0〕一,户0自.‘前0口.。。、测定陶瓷材料断裂韧性,的方法之一是压痕弯曲梁法这一方法的优点是简便通,‘几’。,用而且压痕裂纹能较好地模拟材料既有裂纹的断裂行为但是由于压痕处残余应力,.。‘’一“’,的影响由这一方法所测得的,值通常低于其他方法的测试结果从而限制了它的。广泛应用、‘%。残余应力对压痕裂纹尖端处应力场强度的贡献已经得到了较为详尽的研究“本文在,,−。这些研究的基础上对弯曲梁中压痕裂纹的应力场强度进行分
3、析以期通过改进,计算方,.。。法提高压痕弯曲梁法侧定陶瓷材料,的准确度、二理论分析.弯曲。应力的应力场强度,一∃’,。压痕弯曲梁中的人工裂纹属表面半椭圆形裂纹”如图所示由于对这一类裂纹目前,。−还没有严格的弹性解相应的,通常是由如下的近似公式给出的‘一1一矿髻∗+−。232(。。式中为弯曲应力为裂纹深度1和4分别为表面修正因子及裂纹形状因子‘−裂纹形状因子5一般由下式确定”,。67年月86日收到初稿年8月日收到修改稿88.98一688∗口,少;84巾:+∗8+−,2。式中3为材料的屈服强度小为第二类完整椭圆积分3;+。,,
4、8+对于陶瓷材料通常有故∗式可近似为「令9。。>8”?ΑΒ∋−。Χ。。<。=#∗琴、十=∗∃+“」≅−4Δ。式中和分别为裂纹深度和裂纹半长∋。。3。‘’,∃+考虑到陶瓷材料中的,Ε压痕裂纹一般都具有近似恒定的:值一故由∗式。可知4为常数(Δ、、表面修正因子1与裂纹的深度与长度比∗3:+裂纹深度与试件厚度比∗∀:Φ+裂。纹长度与试件宽度比∗Δ:Γ+及裂纹前沿位置切∗如图所示+有关这一因子目前尚没有精,‘“’−确的理论解(ΓΙ3∋和ϑ3Κ&较为准确的近似解是由Η给出的近似公式(9Μ∗3(,3Φ,ΔΓ,中+∗Ν+1Λ:::尸在不同受力状态下具有不同的形式
5、。式中的Λ和Ο∋Χ(∋Φ3ΦΒ∀∋一ΠΘ(Α卜一)叫,∋。。Ε压痕裂纹示意图Ρ(Σ(Ι3ΦΒ(ΧΒ3ΤΥ3ΙΑ∀ς,∋∀∀ΩΒ∋Χ(∋Φ3ΦΒ∀∋∗3+Ρ&Υς3((∗Ξ+ΜΥ3(七&Υ(ΕΥ∀ςΒ#(。文献【〕给出了式∗Ν+在弯曲状态下的具体表达式由这些表达式计算得出的结果表“’−∋。。6.,。明对于本研究使用的,Ε压痕裂纹这类浅表面裂纹∗Ψ3:Φ《6+1的最大“,,Δ。(值出现在Ε96处即试件表面且几乎与3:Φ及Δ:Γ无关而表现为3:的函数通常1也‘“、。、,%。处理为常数,。,−−综上所述在5及1能近似处理为常数的前提下可以引进一常量Ζ。
6、(Ζ91亿万[口∗>+−从而将式∗+改写为。3,9Ζ3了∗+万8.压痕后裂纹尖端应力场分析“、“’−,对压痕进行的断裂力学分析表明在压痕压制过程中当加在压头上的荷载卸去,,后压头下方试件的塑性形变区受周围弹性基质释放的弹性应变能作用将发生不同程度的,。恢复恢复程度的不同便导致了压痕处残余应力的产生这一残余应力对裂纹尖端处应力场〔‘’−强度的贡献为Υ一∴Υ。,尸:令[∗+88[−‘Ω2],,‘”−式中为压痕压制荷载为表征残余应力量级的一个无量纲常数由下式确定一Υ∴9鱿∗Δ∗7+ΦΤ们于∗⊥:功二−。,叻为压头半角,⊥和Λ分别为材料的弹性模量和硬度式
7、中好为材料常数由于材料常数,。∗⊥:万+二是一个与温度有关的参量戈也随温度的变化而变化3ΥΑ3##曾经研究过,Σ∀∀Ε一(,【’“’,∋。。1Σ压痕裂纹的Ε关系发现随着尸的增大,ΕΔ,。压痕的尸:丁值先是呈增大趋势,当Ε超过某一个特定值之后尸:Δ丁值则趋于恒定由于∴−,从量纲上分析可知,,是常数尸:Δ丁反映了残余应力的应力场强度,的大小因而对于Α−,Δ。。:’,。13ΥΣ32##的实验结果可以这样解释在较大的压制荷载作用下会出现燕尸:李,∗气,,此为压痕后裂纹的初始尺寸+的情况根据裂纹失稳条件时压痕裂纹将在残余应力作用下发,Υ,。9−。,生扩展扩展
8、的结果是裂纹尺寸增大而导致,降低最终满足,,这一平衡条件反。,。。−。,,压痕裂纹不可能发映为Ω:令值趋于恒定而在较刁谕压
