ICS 77.040.10 H 22
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T21143—2014 代替GB/T21143—2007
金属材料 准静态断裂韧度的
统一试验方法
Metallic materials-Unified method of test for determination
ofquasistaticfracturetoughness
（ISO12135:2002.MOD）
2015-09-01实施
2014-12-05发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T21143—2014
目 次
前言
1
范围规范性引用文件
-
2
3 术语和定义
符号和说明一般要求
4
5 6 稳定和非稳定裂纹扩展下的断裂韧度测定
22 ...29
-△α和J-△α阻力曲线和稳定裂纹扩展下的启裂韧度.2、Ja.2、；和J；的测定 8试验报告测定结果的数值修约附录A（规范性附录） 裂纹面的取向附录B（规范性附录） 应力强度因子和柔度关系. 附录C（规范性附录） 裂纹扩展数据的拟合附录D（资料性附录） ；和J：的测定附录E（资料性附录） 试验报告示例：附录F（资料性附录） 在三点弯曲试验中的施力点位移9的测量附录G（资料性附录） Pop-in方程的推导.. 附录H（资料性附录） 确定V.及A，或U.的分析方法附录I（资料性附录） 卸载柔度法和电位法指南附录」（资料性附录） 载荷分离法指南附录K（资料性附录） 剖面法测定CTOD值附录L.（资料性附录） 本标准章条编号与IS(）12135：2002(E)章条编号对照附录M（资料性附录） 本标准与IS(）12135：2002(E)技术性差异及其原因.. 参考文献
35 38 39 40 44 45 48 54 58 59 61 77 84 88 .89 91
0 GB/T21143—2014
前言
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。 本标准代替GB/T21143一2007《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》，本标准与
GB/T21143一2007相比在以下方面的内容进行了较大修改和补充：
J、、和J的计算； ——单试样法指南；旋转修正；一增加附录」“载荷分离法指南”，后续附录编号做了调整：
-增加参考文献本标准使用重新起草法修改采用IS(）12135：2002《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》（英
-
文版）。
本标准与IS0)12135：2002相比在结构上有较多调整，附录L中列出了本标准与IS(）12135：2002 的章条对照一览表
本标准与IS012135：2002相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线（I）进行了标示，附录M中给出了相应技术性差异及其原因的一览表，
本标准做了下列编辑性修改：
删除了国际标准前言；用小数点“.”代替符号“，”；一用“本标准”代替“本国际标准”。 本标准由中国钢铁工业协会提出。 本标准由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本标准起草单位：钢铁研究总院、西南交通大学、宝山钢铁股份有限公司、武汉钢铁公司、冶金工业
信息标准研究院。
本标准起草人：刘涛、蔡力勋、高怡斐、包陈、方健、李荣峰、董莉。 本标准历次版本发布的情况为：
GB/T21143-2007; —GB/T2038—1980,GB/T2038—1991;
GB/T2358—1980,GB/T2358—1994。
I GB/T21143—2014
金属材料准静态断裂韧度的
统一试验方法
1范围
本标准规定了均匀金属材料在承受准静态加载时断裂韧度、裂纹尖端张开位移、J积分和阻力曲线的试验方法。试样有缺口，采用疲劳的方法预制裂纹，在缓慢增加位移量的条件下进行试验。
规范性引用文件
n
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件
GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T12160—2002单轴试验用引伸计的标定（GB/T12160—2002，ISO）9513：1999，IDT） GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校
准(GB/T16825.1—2008，ISO7500-1:2004,IDT)
GB/T20832金属材料试样轴线相对于产品织构的标识（GB/T20832--2007，IS）3785：2006， IDT)
ASTME1820-11 断裂韧度测定的标准试验方法（StandardTestMethodforMeasurementof Fracture Toughness)
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
应力强度因子 stressintensityfactor K 对于均匀线弹性体的弹性应力场的大小。 注：应力强度因子是施加力、试样尺寸、几何形状和裂纹长度的函数。
3.2
裂纹尖端张开位移 crack-tip opening displacement 8 在预制疲劳裂纹尖端，裂纹两表面相对于原始未变形的裂纹平面的垂直位移。
3.3
J积分J-integral 围绕裂纹前缘从裂纹的一侧表面到另一侧表面的线积分或面积分，用以表征裂纹前缘地区的应力
一应变场。 3.4
稳定裂纹扩展 stablecrackextension 在位移控制的试验条件下，位移保持恒定时，裂纹扩展停止或将停止时的裂纹扩展量。
1 GB/T 21143—2014
3.5
非稳定裂纹扩展 unstable crack extension 失稳的裂纹扩展，之前可能有或者没有稳定裂纹扩展。
3.6
pop-in 在力-位移曲线上的突然不连续性，通常表现为位移的突然增加伴随力降低。 注1：位移和力的数值在发生pop-in之后仍会增加且会超过发生pop-in之前的数值。 注2：当利用本标准进行试验时，预裂纹平面的非稳定裂纹扩展可导致pop-in的发生，应将其与1)垂直裂纹平面的
分层和撕裂；2)在三点弯曲试验中的支撑辊滑动或紧凑拉伸试验加载链中的销子滑动；3)引伸计安装不当；4) 在低温试验下裂纹表面冰的破碎；5)力和位移的测量与记录设备的电子干扰等区分开。
3.7
裂纹扩展阻力曲线（R曲线）crackextensionresistancecurves（R-curves） 8或J随裂纹稳定扩展量的变化曲线。
4 符号和说明
本标准采用下列符号和说明（见表1）。
表1 符号和说明
符号 V uf α, u m do Aa Ac ms B Bv c E F F. F; J
单位 mm mm mm mm mm mm mm mm mm m/N GPa kN kN kN kJ /m
说 明
标称裂纹长度终止裂纹长度（αr=u.+Aa）即时裂纹长度机械加工切口长度初始裂纹长度包括钝化区的稳定裂纹扩展量或」控制的裂纹扩展极限试样厚度两侧槽之间的试样净厚度试样的弹性柔度试验温度下的弹性模量施加的力当△α小于0.2mm钝化偏置线时出现非稳定裂纹扩展或pop-in时的力预制疲劳裂纹时的最大力 」积分的试验当量，相当于」积分，通过本标准方法测定其特征值（J。、J、 J.等），用于表征不可忽略的裂纹尖端塑性变形条件下的断裂韧度。 当△a小于0.2mm钝化偏置线时出现非稳定裂纹扩展或pop-in时的尺寸敏感断裂抗力J值（B为试样厚度）
J cn
kJ /m
2 GB/T 21143—2014
表1（续）
符号 W 2 8 8a 8 8 0 mcn 8.mx 0.u(
单位 mm mm mm mm mm mm mm mm mm
说 明
试样宽度用于测定缺口张开位移的引伸计装卡位置距离试样表面之间的距离裂纹尖端张开位移CTOD 当△α小于0.2mm钝化偏置线时出现非稳定裂纹扩展或pop-in时的尺寸敏感断裂抗力（B为试样厚度） 6控制裂纹扩展的极限值稳定裂纹扩展开始时的断裂抗力。 对于全塑性特性的第--个最大力平台对应的尺寸敏感断裂抗力（B为试样厚度）本标准方法定义的-R材料特性的极限值当Au大于0.2mm钝化偏置线时出现非稳定裂纹扩展或pop-in时的尺寸敏感断裂抗力值（B为试样厚度）当稳定裂纹扩展无法测量时出现非稳定裂纹扩展或pop-in时的尺寸敏感断裂抗力值（B为试样厚度）裂纹稳定扩展的未修正的值稳定裂纹扩展为0.2mm钝化偏置线时对应的非尺寸敏感断裂抗力稳定裂纹扩展为0.2mm钝化偏置线时对应的尺寸敏感断裂抗力6（B为试样厚度）拟合阻力曲线与0.2mm钝化偏置线的交点泊松比
. rn . .oa. 00.2 1 8 Qo.21
mm
mm mm
mm
mm
U 注1：只列举了主要用到的参数符号.其他参数符号将在相应的章节中予以说明。 注2：除非特别说明，所列举的各参数符号的数值均为试验温度下的测量或计算值。
5 一般要求
5.1 总则
金属材料的断裂韧度可以表征为特征（单点)值（见第6章)或在有限的裂纹扩展范用内的连续曲线（见第7章）。用于测量断裂韧度的程序和参数随着试验过程中试样的塑性水平而发生变化。在试验过程中通过对试样塑性水平的逐步了解选用确定材料断裂韧度的试验程序和参数。试验都是对试样缓慢地增加位移，测量试验过程中的力和位移，然后利用力和位移之间的关系通过特征化的裂纹扩展下的材料抗力测定断裂韧度。应用标准流程图见图1，力随位移变化的特征曲线类型见图2。
4 GB/T21143—2014
一般要求
第5章
参数类型
特征值
阻力曲线
第6章
第7章
试样确应
参数类型
初始值的工程估计
线弹性
连续曲线
弹塑性
6.2节
6.3节
6.4节
7.4节
7.5节、7.6节
R曲线图
De(B) Su(B) Due(B) Om(B)
JeB) /uB) ue(B) /m(B
00.2BL, Jo.2BL 00. 2BL(B),/0. 2BL(B)
Kxc
试验报告
第8章
图1 应用本标准的总流程图