[发明专利]一种观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法

权利要求书

1.一种观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，包括如下步骤：

（1）制备三点弯曲试样；

（2）切口及疲劳裂纹预制

将步骤（1）所述三点弯曲试样在长度方向的中心、垂直于长度方向、沿宽度方向的位置处预制切口，在疲劳试验机上预制疲劳裂纹，使预制切口与预制疲劳裂纹的总长度约等于试样厚度；

（3）平面应变条件I型裂纹起裂、扩展及止裂控制

将步骤（2）预制完毕切口及疲劳裂纹的三点弯曲试样放置于弯曲试验机的夹具上；安装弯曲试验夹具及引伸计，启动弯曲试验机，加载的同时记录试样的载荷和位移曲线，当载荷上升至最大值时，预制裂纹将迅速起裂并扩展，及时将试样卸载，使裂纹止裂，从而防止试样完全断裂；

（4）裂纹扩展路径微观试样制备及观察

对步骤（3）完成平面应变条件I型裂纹扩展的试样，沿厚度的中心位置垂直于裂纹所在平面剖开并切取包含有裂纹尖端及扩展路径的区域，然后对剖面进行磨削，去除试样表面缺陷和划痕；对磨削面进行电解抛光，对试样的抛光表面进行观察，采用金相显微镜或扫描电镜观察裂纹扩展路径及尖端周围的微观组织，采用背散射电子衍射装置直接对抛光表面进行分析，获得裂纹扩展路径方向与微观组织取向的关系。

2.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述三点弯曲试样的厚度为2.0(K_IC/R_p0.2)²～3.0(K_IC/R_p0.2)²，宽度为2～3倍厚度，长度为4倍厚度，其中K_IC为钛合金材料的平面应变断裂韧度数值，R_p0.2为钛合金材料的非比例延伸极限。

3.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述预制疲劳裂纹的长度为1~2mm。

4.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：在疲劳试验机上预制疲劳裂纹时，试样放置在加载夹具上，采用正弦波加载，频率为20HZ。

5.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（3）中，安装弯曲试验夹具时，使加载线通过三点弯曲试样长度方向跨距的中点，偏差小于跨距的1%，并使三点弯曲试样的预制裂纹顶端位于长度方向跨距的正中，准确到跨距的1%，同时试样与支承辊垂直，且保证支承辊和压头与试样的接触面互相平行。

6.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（3）中，安装引伸计时，使刀口与引伸计的凹槽配合良好。

7.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（3）中，采用弯曲试验机的力传感器记录弯曲载荷，采用引伸计记录裂纹开口的位移。

8.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（4）中，所述磨削为经由200#、400#、800#、1500#、2000#、5000#型号的水磨金相砂纸依次进行。

9.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的电解抛光采用体积比为高氯酸：冰醋酸=1?18～20的溶液，采用纯钛电极，抛光电压为50～75V，电流为0.5～1.1A，时间为5～20秒，抛光液温度控制在10～20℃，抛光过程中采用频率为3～7HZ的电磁搅拌。

10.根据权利要求1所述的观察钛合金在平面应变状态下裂纹扩展路径的方法，其特征在于：步骤（4）中，采用金相显微镜或扫描电镜观察之前，试样的抛光表面在体积比为HF?HNO₃ ?H₂O=1?5～8?15～20的溶液中腐蚀15～20秒。