应力腐蚀试验(材料的常规力学性能测试-压缩、韧性试验（二）)

Posted 2023-05-25

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应力腐蚀试验(材料的常规力学性能测试-压缩、韧性试验（二）)

压缩试验

试样破坏时的最大压缩载荷除以试样的横截面积，称为压缩强度极限或抗压强度。

压缩试验主要适用于脆性材料，如铸铁、轴承合金和建筑材料等。对于塑性材料，无法测出压缩强度极限，但可以测量出弹性模量，比例极限和屈服强度等。与拉伸试验相似，通过压缩试验可以作出压缩曲线。

图中Pp为比例极限载荷，P0.2为条件屈服极限载荷，Pb为破坏载荷。

在压缩试验中，试样端面存在较大的摩擦力，影响试验结果。试样越短影响越大，为减少摩擦力的影响，一般规定试样的长度与直径的比为1～3，同时降低试样的表面粗糙度，涂以润滑油脂或垫上一层薄的聚四氟乙烯等材料。

断裂韧性试验

断裂韧性试验是一种评定含裂纹体材料的断裂性能的试验。

强度概念认为:外力达到屈服强度时，材料产生塑性变形，外力达到抗拉强度 R时，材料产生断裂破坏，对于含裂纹体的材料，则产生低于屈服强度的脆性断裂。

断裂韧性是一种以能量为基本参量的性能指标，它和材料内裂纹的状态和深浅度密切相关，它可为含裂纹体材料提供定量的性能指标。

01.断裂韧性测试意义

裂纹(缺陷)是造成构件低应力脆断的原因，断裂力学即为研究物体强度和裂纹扩展规律的一门学科，即断裂韧性，是断裂力学认为一种能反映材料抵抗裂纹扩展的能力的性能指标。

02.三种裂纹类型

Ⅰ.张开型 Ⅱ.滑开型 Ⅲ.撕开型

03.断裂韧性参数的特点

这些表征材料韧性高低的参数与外加载荷、试样尺寸及缺陷尺寸间有定量关系。知道任何两个参数，即能预计第三者。从而可对安全分析、事故分析、寿命估算、缺陷评定标准等进行定量计算，并可用于安全设计、材料选择、材料和工艺研究等各方面。

几种常用的断裂韧性试验

① 平面应变断裂韧度KIc试验KIc是材料常数，单位为kgf/mm(或MN/m)。KIc越高，材料的韧性越好。KIc试验适用于高强度脆性材料。

② 应力腐蚀临界强度因子KISCC试验在腐蚀介质中，如裂纹顶端的应力强度因子KISC＜KISCC,裂纹不扩展。单位同KIc。1975年美国海军研究试验室制定了“金属材料平面应力腐蚀开裂抗力标准试验法”。

③ 裂纹顶端临界张开位移δc试验裂纹顶端张开位移（图4）是裂纹顶端塑性应变程度的度量，当达临界值时，裂纹扩展而导致试样断裂。δc越高，材料的断裂韧性越好，单位为mm。此方法适用于中强度高韧性材料。

04.取样原则

由于裂纹或类裂纹缺陷是导致工程结构断裂的主要原因所以断裂韧性试验采用带尖锐裂纹的试样。

用直接观察或者连续测量法连续监测裂纹的行为;如用夹式引伸计连续测量裂纹嘴张开位移随载荷P的变化,以测定材料抗裂纹扩展的能力及裂纹在疲劳载荷或应力腐蚀下的扩展速率;求得平面应变断裂韧度KIc、动态断裂韧度KId、裂纹临界张开位移δc，应力腐蚀临界强度因子KIscc,疲劳裂纹扩展速da/dN(毫米/周）等断裂韧性参数。

05.研究进展

一、香港大学黄明欣教授和美国劳伦斯伯克利国家实验室Robert O. Ritchie教授（共同通讯作者）团队等人带领下，超强钢可以实现特殊的损伤容限，并采用简单的成分和具有成本效益的加工路线进行制造。研究表明，提高屈服强度并不会对韧性产生不利影响，相反，它可以促进分层增韧机制的激活，从而大大提高了韧性。具体来说，超高屈服强度使得能够在垂直于主断裂表面的界面处形成第二断裂模式，即分层裂纹。由于分层的发生，在断裂面附近发展出多条分离的层状韧带，为断裂提供了额外的能量释放速率，同时也增强了裂纹尖钝化，共同提高了整体的断裂韧性。这种分层增韧与变形诱导塑性（TRIP）增韧相结合的增韧过程很少在结构材料中同时实现。这种组合使钢材具有了强度、延展性和韧性的奇妙组合。相关成果以题为“Making ultrastrong steel tough by grain-boundary delamination”发表在了Science。

二、单相面心立方(FCC)结构的FeCoCrNiMn高熵合金越低温越强韧的特性于2014年首次被发现，随后又发现FCC结构的NiCoCr中熵合金具有比其更高的强塑性和创纪录的断裂韧性。然而，单相NiCoCr中熵合金具有较低的屈服强度，是限制其低温工程应用的主要瓶颈。西安交大材料学院孙军教授团队针对这一问题，以NiCoCr合金为模型合金通过成分结构设计进一步提升了其低温综合力学性能。