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GB／T 24522-2020 金属材料 低拘束试样测定稳态裂纹扩展阻力的试验方法简介：

GB/T 24522-2020《金属材料 低拘束试样测定稳态裂纹扩展阻力的试验方法》是中国关于金属材料力学性能测试的一项标准。该标准主要用于测定金属材料在特定条件下，如在拘束力较低（低拘束）的环境下，抵抗裂纹稳定扩展的能力，即材料的抗疲劳性能。

试验方法主要包括以下几个步骤：

1. 试样制备：制备低拘束试样，通常采用标准尺寸和形状，如圆环形、阶梯形或阶梯槽形，目的是模拟在实际应用中的应力分布。

2. 裂纹初始引入：在试样上制造一个微小的初始裂纹，通常通过机械加工或电火花加工。

3. 裂纹扩展：在控制的实验条件下，如恒定的应力或应变，让裂纹在试样上逐渐扩展。通常使用高精度的应力控制设备，如拉伸机或疲劳机。

4. 数据收集：通过测量试样尺寸的变化（如裂纹长度、试样直径等）来评估裂纹扩展速率，这是衡量稳态裂纹扩展阻力的重要参数。

5. 结果分析：根据试验数据，计算出材料的疲劳寿命和裂纹扩展阻力等相关参数，评价材料的抗疲劳性能。

该标准适用于金属材料的科研、生产和质量控制，对保证材料在高应变或高应力环境下的长期稳定运行具有重要意义。

GB／T 24522-2020 金属材料 低拘束试样测定稳态裂纹扩展阻力的试验方法部分内容预览：

GB/T24522—2020/ISO22889:2013

6.4临界CTOA的测定

6.4.1亚的稳态值（平均值)亚。在裂纹扩展超过最小裂纹扩展量后就可以确定下来。 6.4.2亚与△a的关系图由5.5.1.3、5.5.2.3和5.6.2得到的数据点组成（见图11）。 5.4.3对于每一测试试样DL-04标准下载，△amx按式（11)计算：

式中： 亚 满足裂纹扩展上下边界要求的值； N—测量值的总数目

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临界CTOA值的测定

根据本标准制定试验报告，应包括三个部分（7.2～7.5）。测试材料、试样和试验条件，包括试验坏 境的详细情况都应依照7.2报告。机械加工，疲劳预制裂纹，裂纹前缘的平直度和裂纹长度数据都应符 合7.3的规定。断裂参数的确定应按照7.4和7.5予以有效性验证。附录A给出了一些试验报告的参 考格式。

7.2试样、材料和试验环境

建议采用表A.1给出的格式报告下列项目

a) 试样编号； b) 类型； c) 名义ao/W； d) 裂纹面取向；

GB/T24522—2020/ISO22889:2013 )取样位置。

a）厚度B，单位为毫米（mm）； b）宽度W，单位为毫米（mm）； c）初始相对裂纹长度，a./W。

a）厚度B，单位为毫米（mm）； b）宽度W，单位为毫米（mm）； c）初始相对裂纹长度，a。/W。

a）材料的化学成分和标准编号； b）产品形式（板、锻造、铸造等）和状态； c）疲劳裂纹预制温度下的拉伸性能（参考值或实测值）； d）试验温度下的拉伸性能（参考值或者实测值）

a）温度，单位为摄氏度（℃）； b）位移加载速率，单位为毫米每分（mm/min）； C）位移控制的类型

a）温度，单位为摄氏度（℃）； b）位移加载速率，单位为毫米每分（mm/min）； c）位移控制的类型

7.2.5疲劳预制裂纹的条件

a）Ff，单位为千牛（kN）； b）预制疲劳裂纹温度，单位为摄氏度（℃)。

7.3试验数据的有效性

所有的数据都应满定本标准中 韧度。建议参照表A.2、表A.5和表A.6中的格式记录7.3.2中描述的数据

7.3.2裂纹长度的测量

按照图8和图9所示，在等间隔的五点上测量裂纹长度。试样厚度B小于5mm时，采用等间隔的 三点上测量裂纹长度就足够了，见5.6.1.2。下述数据应该在报告中注明： a）机械加工切口长度（am）； b)初始裂纹长度(a.),

7.3.2.1多试样法

7.3.2.2单试样法

a）裂纹长度（a）； b）平均的裂纹扩展量（△αa=α—α）。 22

a）记录断口特殊形貌的信息； b）记录失稳扩展，如解理断裂的信息

7.3.5数据判定的检查表

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.3记录包含从单试样法试验得到的构成阻力曲乡

临界CTOA值业。是对满足6.4中要求的稳态数据进行拟合得到的。若裂纹扩展量左、右边界内 的数据按7.3判定有效，则回归拟合得到的业。有效

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附录A （资料性附录） 试验报告实例 试验报告的主要内容参见表A.1～表A.6，也可采用其他格式

表A.1试样、材料和试验环境

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表A.3阻力曲线数据

表A.4裂纹尖端张开角数据

A.4裂纹尖端张开角数

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附录B （资料性附录） 测量裂纹尖端张开位移5的装置 测量裂纹尖端张开位移3；的基本安装图见图B.1。；是在试样表面预制疲劳裂纹尖端5mm原 始标距处测量的位移。预期裂纹扩展路径附近区域需要经过抛光处理。预制疲劳裂纹后，使用维民硬 度压痕法在试样表面预制疲劳裂纹尖端上下两侧各2.5mm处打点，得到5mm原始标距。带针头的 ；夹式引伸计安装在硬度压痕坑里，对紧凑拉伸试样使用如图B.2所示杠杆机构固定。类似的方式也 可用于中心裂纹拉伸试样。也可以采用数字图像技术。图B.3所示为；夹式引伸计详细设计图。 单位为毫米

图B.1测量裂纹尖端张开位移3.的基本安装示意图

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图B.2紧凑拉伸试样8，夹式引伸计的安装

图B.38.夹式引伸计的示意图

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下列方法均可用于确定CTOA： a） 稳态撕裂过程中直接测量法（光学显微和数值图像相关方法）： b）试验后测量（显微形貌法）； c）有限元分析； d）通过5间接测量。 直接测量亚（CTOA)法是在稳态撕裂过程中采用光学显微或数字图像相关法。两种方法产生近 似相同的结果。显微形貌法通过试验后对断裂表面的测量重构稳态撕裂过程。该方法允许在试样内部 测定CTOA。有限元分析通过匹配断裂试样的失效载荷确定临界CTOA。使用该方法，临界CTOA 实际上是考虑裂纹前缘拘束效应沿厚度方向的平均值。对于众多材料和试样形式，使用恒定临界 CTOA值的有限元分析显示CTOA和：阻力曲线之间在达到最大载荷之前存在唯一性的对应关系。 直接测量CTOA是在裂尖后0.5mm～1.5mm之间的区域进行，见图C.1。当△a<△amin时，裂尖 后的测量距离可小于0.5mm。通过有限元计算CTOA也是在相同的区域进行的，通常是裂尖后

C.2.1光学显微法(OM)

C.2.1.1光学显微法采用如下仪器！

1通过光学显微法（OM）测定CTOA的测量范图

b）视频摄像机，具有512×512像素分辨率，用于获取稳态撕裂裂纹的图像； 视频记录仪存储图像； d） 配置显示器和软件的计算机系统，可以精确确定长焦距显微镜三维位置以及分析试验图像得 到CTOA。 .2.1.2 使用OM时，为得到清晰的裂纹图像，试样表面应抛光成镜面，应仔细控制对裂纹区域的照明 以获得最佳的对比度和清晰度。通过OM得到的典型图像如图C.2所示。第一幅图像，如图C.2a），显 示了疲劳裂纹稳态扩展约0.75mm。第二、三幅图像，如图C.2b）、图C.2c)所示，显示了同一裂纹稳态 广展分别约1.3mm和6mm。CTOA的测定是通过视频录像回放图像来实现： 定位裂尖： b）在试样两个裂纹表面裂尖后0.5mm1.5mm范围设置三对分离点； c）绘制通过裂尖和每个分裂点的直线； d）然后计算直线间夹角一裂纹尖端张开角亚。 对给定的裂纹长度，亚值定义为三对直线间夹角1、亚和亚：的平均值。值得提醒的是，OM测 量CTOA并没有考虑周围材料的变形的影响

a）稳态撕裂约0.75mm的光学显微图像

b）稳态撕裂约1.3mm的光学显微图像

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疲劳预制裂纹尖端。 稳态撕裂后裂纹尖端

C.2.2数字图像相关法(DIC)

c）稳态撕裂约6mm的光学显微图像

1mm处的CTOA。新的子集相距为d，

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裂尖区图像 （裂纹进一步扩展后

图C.3裂纹扩展前后的DIC图像（试样表面高对比度、随机斑点花样，用于DIC法测定CTOA） 裂纹张开位移失量（记为u；和l；，分别代表相对裂纹面法向的上、下子集）从数字图像中计算。计 裂纹线的法向矢量n；，CTOA按式（C.1)计算：

式中： 1 一上子集的水平位移，定义为垂直于记录用相机CCD像素点阵的列向； 2 一上子集的垂直位移，定义为平行于记录用相机CCD像素点阵的列向； 1 一下子集的水平位移，定义为垂直于记录用相机CCD像素点阵的列向； 12 一一下子集的垂直位移，定义为平行于记录用相机CCD像素点阵的列向； 1一2 图C.3a）与图C.3b)之间的裂纹扩展量，通常定义为裂纹尖端之间的直线段； u：和l；的值由计算机对上、下子集的二维位移分量计算后确定，准确到亚像素，以便精确评估 CTOA。通常软件执行数字图像相关法，优化测量规定裂纹扩展量时参考子集的位移，如图C.3b） 所示。 △amin和△amax（定义于6.4)之间的亚平均值作为临界CTOA值亚。。 但是应注意以下方面的选取： 裂纹扩展量； 用于估计裂纹张开位移的子集位置。 由本方法采用两幅连续图像测定的裂纹张开位移包含两个分量：因裂纹张开引起的位移和有限尺 寸子集的塑性变形。因为试样断裂过程中总塑性应变可超过10%，尽可能靠近基准裂纹尖端位置选取 参考子集尤其重要，最大限度减小后续裂纹扩展引起的子集变形，减小对CTOA测定造成的误差。因 此，为了估计裂纹尖端后1mm处的CTOA，连续图像之间的裂纹扩展不得超过1mm。 一般情况下，应选取小的（即不超过20义20像素）、紧邻裂纹线的、而且具有高对比度（如用于最天 可能精度的DIC分析）的子集。 估计亚值的主要误差来源是裂纹尖端的识别。原因可能是试样表面和裂纹之间对比度不够，裂尖

GB∕T 3186-2006色漆、清漆和色漆与清漆用原材料 取样222020/1SO22889.20

裂纹张开过小，试样开裂过程中涂层出现裂纹。为减小这些效应带人的误差，确定亚的数据应通过裂 尖后至少0.6mm处的子集来获取

C.3试验后测量法（显微形貌法

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化和D函数的非线性特征，在该区域不考虑变形过程影响，单单从测量的C；推得的重值将导致错误 的结果。因此亚只能从稳态撕裂阶段的采集数据确定的C，来计算（见图C.4）。从钝化到稳态撕裂的 转变点通常由IC，1从快速增加向显著降低、更缓慢变化的转变来确定

C.3.2与转动修正函数P相关的误差

电力工程项目建设用地指标（建标[2010]78号 住建部 国土资源部2010年5月）C.4临界裂纹尖端张开角亚.的有限元计算

C.5.18.阻力曲线和亚之间的相关性