[科普中國]-缺口彎曲試驗(yàn)

缺口彎曲試驗(yàn)是檢驗(yàn)?zāi)覆牡娜笨诖嘈缘脑囼?yàn)方法之一，試驗(yàn)是將規(guī)定的試樣放在試驗(yàn)機(jī)上，用靜載加壓彎曲，使應(yīng)力集中在缺口處，將試樣折斷。通過一系列不同溫度的缺口彎曲試驗(yàn)，以檢驗(yàn)破斷時的轉(zhuǎn)變溫度。常用的有肯爾試驗(yàn)，里海試驗(yàn)等。1

缺口敏感性對于金屬材料來說，缺口總是降低塑性，增大脆性。金屬材料存在缺口而造成三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變集中，由此而使材料產(chǎn)生變脆的傾向，這種效果稱為缺口敏感性。一般采用缺口試樣力學(xué)性能試驗(yàn)來評價材料的缺口敏感性，常用的缺口試樣力學(xué)性能試驗(yàn)方法有缺口靜拉伸和缺口偏斜拉伸、缺口靜彎曲等。

金屬材料的缺口敏感性除和材料本身性能、應(yīng)力狀態(tài)(加載方式)有關(guān)外，尚與缺口形狀和尺寸、試驗(yàn)溫度有關(guān)。缺口尖端曲率半徑越小，缺口越深，材料對缺口的敏感性也越大。缺口類型相同，增加試樣截面尺寸，缺口敏感性也增加，這是由于尺寸較大試樣彈性能儲存較高所致。降低溫度，尤其對bcc金屬，缺口敏感性急劇增大。因此，不同材料的缺口敏感性應(yīng)在相同條件下對比。

缺口彎曲試驗(yàn)介紹缺口彎曲試驗(yàn)用于測定彎曲條件下材料對缺口的敏感性。一般采用帶缺口的試樣(尺寸10×6×60或10×10X65)，在試驗(yàn)機(jī)彎曲裝置上進(jìn)行，其裝置如下圖所示。

試驗(yàn)時在缺口處也產(chǎn)生有應(yīng)力集中的三向應(yīng)力，從而衡量材料在這種惡劣條件下顯示材料對缺口的敏感性，評定材料質(zhì)量。

缺口彎曲試驗(yàn)可以顯示材料的缺口敏感性。由于缺口和彎曲引起的不均勻性疊加，所以缺口彎曲較缺口拉伸應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻性要大。這種方法一般根據(jù)斷裂時的殘余撓度或彎曲破斷點(diǎn)(裂紋出現(xiàn))的位置評定材料的缺口敏感性。2

評定方法(一)用彎曲曲線評定缺口敏感性

在試驗(yàn)機(jī)上按照上圖的裝置試驗(yàn)時，可以利用自動繪圖記錄裝置畫出負(fù)荷—變形曲線。

它反映了缺口試樣變形和斷裂的整個過程。彎曲負(fù)荷—變形曲線所包圍的面積可以分為三個部分：彈性變形功、塑性變形功和斷裂功。如果材料的試驗(yàn)曲線只有彈性功，而無塑性功，更無斷裂功，表示材料對缺口極為敏感。如果材料的試驗(yàn)曲線只有彈性功和塑性功而無斷裂功，表示材料對缺口敏感，而且塑性功越小，缺口敏感性越大。如果材料的試驗(yàn)曲線三種功都有，表示材料對缺口不敏感，而且斷裂功fIII)越大越好。

試驗(yàn)時斷裂裂紋首先在缺口根部的表面產(chǎn)生，再擴(kuò)散至整個截面FK。產(chǎn)生裂紋的載荷一般是P最大，也可能是之后的P。裂紋擴(kuò)張所消耗的功就是斷裂功，其值的大小反映了裂紋擴(kuò)張的難易程度，因此斷裂功可以代表材料阻礙裂紋擴(kuò)張的能力，叫做裂紋擴(kuò)張功。所以有人曾建議用斷裂功去表示材料對裂紋的敏感性。斷裂功越大，裂紋擴(kuò)張就越慢，裂紋敏感性越??；斷裂功越小，裂紋擴(kuò)張就越快，裂紋敏感性越大；當(dāng)斷裂功為零時，則裂紋擴(kuò)張極快，一經(jīng)產(chǎn)生就很快擴(kuò)張至整個截面而脆斷，材料對裂紋極敏感。這種利用斷裂功的大小衡量材料對

裂紋的敏感性，只是很粗略地定性估計。科學(xué)的定量表示，就需要應(yīng)用斷裂力學(xué)知識，用斷裂韌性等表示材料阻礙裂紋快速擴(kuò)張的能力。

(二)用斷口形貌評定缺口敏感性

缺口試樣彎斷之后，根據(jù)斷口形貌可以評定材料對缺口的敏感性：纖維狀的韌性斷口表明材料對缺口不敏感；結(jié)晶狀的脆性斷日表明材料對缺口很敏感；纖維和結(jié)晶狀的混合斷口可根據(jù)兩者所占面積的比例去評定，纖維狀部分越大，缺口敏感性越小。這種方法較為簡單可靠，但視別和估計斷口韌脆部分需要有較豐富的經(jīng)驗(yàn)才行。2

以上兩種方法可以結(jié)合起來，效果更好。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)