GBT15970.6-1998预裂纹试样的制备和应用

GB/T 15970.6-1998 前 言 本 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 等同采用国际标准ISO 7539-6:1989《金属和合金的腐蚀一应力腐蚀试验一第6部分:顶裂 纹试样的制备和应用》。 GB/T 1597。在“金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验代急标题下，包括以下部分: 第1部分(GB/T 15970. 1-1995):试验方法总则; 第2部分 弯梁试样的制备和应用; 第3部分(GB/T 15970.3-1995);U型弯曲试样的制备和应用; 第4部分 单轴加载拉伸试样的制备和应用; 第5部分(GB/T 15970.5-1998),C型环试样的制备和应用: 第6部分(GB/T 15970.6-1998);预裂纹试样的制备和应用; 第7部分 慢应变速率试验; 第8部分 焊接试样的制备和应用。 第2,4,7,8部分标准将陆续制宁。 本标准的附录A是标准的附录 本标准自实施之日起，代替GB/T 12445.1-1990((高强度合金双悬臂(DCB)试样应力腐蚀试验力 法》,GB/r 12445. 2-1990高强度合金悬臂弯曲((CANT)预裂纹试样应力腐蚀试验方法》、GB/T 12445.3-1990《高强度合金楔形张开加载(W01)预裂纹试样应力腐蚀试验方法》 本标准由原冶金工业部提出。 本标准由原冶金部信息标准研究院归口 本标准起草单位 原冶金部钢铁研究总院。 本标准主要起草人:张 宣 CB/T 15970.6-1998 ISO前言 ISO 国际标准化组织)是各国标准机构(ISO成员团体)的肚界性联合组织。国际标准的制定一〔作 通过IS()技术委员会正规地A行。对某课题感兴趣的每个成员团体均有权参加为该课题建立的技术委 员会 与ISO协作的国际组织、政府和非政府机构也可参加工作。ISO在所有电工标准化方面与国际电 工委员会(IEC )密切合作 由技术委员会采用的国际标准草案经成员团体传阅赞成后，由ISO委员会采纳为国际标准。按照 ISO的程序，草案至少需要75环的成员团体投赞成票方能通过 国际标准ISO 7539-6由ISO/TC 156“金属和合金的腐蚀”技术委员会制定 ISO 753。在《金属和合金的腐蚀一应力腐蚀试验》总标题下，包括以下部分 第1部分:试验方法总则 第2部分:弯梁试样的制备和应用 第3部分 UTi弯曲试样的制备和应用 第2部分:单轴加载拉伸试样的制备和应用 第5部分:C型环试样的制备和应用 第6部分:预裂纹试样的制备和应用 第7部分:慢应变速率试验 第8部分:焊接试样的制备和应用 GB/T 15970.6-1998 引 言 本标准是GB/T 1597。系列标准之一 该系列标准给出设计、制备和应用不同类型试样进行试验以 评价金属抗应力腐蚀性能的试验程序 使用该系列标准中的任一标准，都 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 阅读GE/T 15970.1的有关条款。这有助于选择适用卜特定 环境的适当的试验程序，也有助于给出评价试验结果重要Ni*的指导性意见 中华人民共和国国家标准 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第6部分:预裂纹试样的制备和应用 Corrosion of metals and alloys-Stress corrosion testing Part 6:Preparation and use of pre-cracked specimens GB了 'r 15970.6--1998 idt ISO 7539-6:1989 代替G3iT 12-11}}.1 〔二B了1}2衬二.2 GIii下 IE曰}.: 3 1 范围 1.1 本标准包括了用于研究应力腐蚀敏感性的预裂纹试样的设计、制备以及使用等内容 有关切日试 样的推荐意见参见附录A(标准的附录) 本标准中所用的“金属”一词 也包括合金 1.2 因为在裂纹尖端要求维待弹性约束状态，所以预裂纹试样不适用于评价如薄板或线材等细的或薄 的材料 通常只适用于评价如厚板、棒和锻件等较厚或较粗的材料 预裂纹试样也适用于焊接件 1.3 预裂纹试样可以采用恒载装置或单调的增加载荷的装置定量地加载，或者与一个装段连用，使施 力点产生恒定的位移 1.4 预裂纹试样突出的优点是 从所测得的数据可以计算出已知几何形状和承受已知应力构件的界限 缺陷尺寸，如果缺陷尺寸超过界限值，就会产生应力腐蚀破裂 预裂纹试样还可以测定应力腐蚀裂纹的 扩展速率 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文 本标准出版时.所示版本均 为有效 所有标71I'都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性 GB/T 15970. 1-1995 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第1部分 试验方法总则 3 定义 };述定义及GB/T 15970.1给出的定义，适用于本标准。 3.1 裂纹长度。 有效裂纹长度的测定是从裂纹尖端到试样缺口边或到加载点轴线.具体决定于试样 的几何形状 3. 2 试样宽度w 有效宽度的侧定从试样的背面到缺C1面或者是到加载平面.具体取决于试样的rL 何形状 3.3 试样厚度B 自释词。 34 开侧面槽后，试样厚度的减少B， 自释词 3.5 试样半高x r}释词。 3. 6 施加的载荷P 自释词 3.了 加载点轴线卜的挠度v 自释词 3. 8 偏离加载线的挠度v f1释词。 3. 9 弹性模量E 自释词 3.10 应力强度因子系数F 对特定几何形状的试样 通过应力分析推导出来的一个系数。此系数将给 国家质量技术监督局1998门2一07批准 1999-07 - 01实施 Ge/T 15970.6-1998 定裂纹长度的应力强度因子与载荷和试样尺寸相关联 3.11 平面应变应力强度因子K, K 是外加载荷、裂纹长度和试样几何尺寸的函数，具有应力只长 度的量纲,K，专门用来确定张开型试样裂纹尖端的弹性应力场强度 K,一外加应力·了裂纹长度(N·m 污勺 3门2 初始应力强度因子K,‘自释词。 3.13 平面应变断裂韧性K }K 的界限值 在塑性变形的高约束条件「，在应力强度不断增加的影响 卜当K 达到该界限值时，将产生与环境无关的快速裂纹扩展 3.14 暂定的K?值KQ 当满足平面应变为主导的有效判据时.KQ=K ,c 3.15 应力腐蚀破裂敏感性的界限应力强度因子K s二 在塑性变形的高约束条件下的特定试验条件 时，即在以平面应变为主的条件一「.当应力强度高于K,、时，会产生应力腐蚀裂纹的荫十和扩展 3.16 暂定的K,sc。值KQ、 当满足平面应变为主的有效判据时，K?,=K,S, 3.17 疲劳应力强度K、与疲劳循环的最大应力相应的平面应变应力强度 3.18 疲劳应力强度范围AK 自释词 3.19 0.2%条件应力Rpo: 自释词 3.20 外加应力Q 白释词 3.21 几何修正系数Q 自释词 3.22 疲劳载荷比R 疲劳循环中，最小载荷对最大载荷的代数比值 3.23 开裂速率 通过连续的裂纹监测方法，测定应力腐蚀裂纹扩展的瞬时速率 3.24 平均裂纹扩展速率 由应力腐蚀引起的裂纹长度变化值除以试验时间.求得裂纹扩展平均速率 3.25 试样的取向 第 一按加应力的力向.第二按裂纹扩展方向标志试样的破断平面 并fX,Yttlz 二个参考轴加以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。此外z与材料加工过程中施加的主工作力方向一致(短横轴);x与晶粒流变方同 一致(纵轴);而Y则垂直于X轴和Z轴(见图6) 4 原理 4门 要确保构件在加工制作或随后的使用过程中不产生裂纹状的缺陷是困难的，有鉴于此.使用预裂 纹试样。这些缺陷的存在对应力腐蚀破裂是敏感的，而这种敏感性对某些材料(如钦).在光滑试样的恒 载荷试验中不明显 应用线弹隆断裂力学的原理，能够借助于平面应变应力强度定量地确定存在于顶裂 纹试样或构件中的裂纹尖端的应力状况 4.2 对带机械切口和疲劳预裂纹的试样.施加恒定载荷或施力点的位移，或施加连续增加的载荷 在化 学侵蚀性介质中进行试验，目的是借助于应力腐蚀界限应力强度因子K isec和裂纹扩展动力学来定量地 确定产生环境加速裂纹扩展的条件。 4.3 设计和寿命预测中可以应用经验数据 目的是为了保证大型构件内的应力不足以在预先存在的缺 陷部位弓}发环境促进开裂，或者是在设计寿命或检查周期内确保裂纹扩展量不会造成失稳破坏的危险 5 试样 51 综述 5.1门 凡在断裂韧性试验中，所来用的大范围的标准试样几何尺寸都可以使用。试样的具体类型可因 原材料的外形、强度、材料对应力腐蚀破裂的敏感性以及试验目的不同而异 5.1.2 基本的要求是尺寸要满足以二轴应力为主的(平面应变)条件.在此条件下.塑性变形在裂纹尖 端附近受到限制，断裂韧性试验的经验表明，为了测得正确的尺c值.试样的裂纹t}度a和厚度B都小 能小于2. 5 (K ,c/Rp, z广，为保证足够的约束，应尽可能使用大试样.其u和B至少等于4(K 凡「三 从断裂力学的观点看，此时不能具体规定可得到恒定K.二值的最小试样厚度 在应力腐蚀过程中，侵蚀 性环境的存在，川以降低与破断有关以及因此与限制塑性变形所需的尺寸有关的塑性值 然而为了减少 maqi 铅笔 GB/T 15970.6-1998 约束不足的危险，推荐了类似于断裂韧性试验中使用的有关试样尺寸的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 .即 afliB不小于2. s(x,}/x}} }>` 最好不小于4(K,c/Rr,z)z .............·..··，二(2) 式中的K,是试验中外加的应力强度，最后测定的界限应力强度值应该取代式(D中的!C，以检验 其有效性。 5门.3 如果试样是用来测定K ,a，那么初始的试样尺寸可按材料K二的估计值来考虑(开始最好将 K二值估计得高一点，因此采用较实际需要人一些的试样)，在实际使用中，如遇到所用的材料的厚度 不能满足有效的条件时，只要能清楚说明所测得的界限应力强度Ka,u。只与此特殊应用有关，那么可以 使用相同厚度的试样做试验。在需要测定作为应力强度函数关系的应力腐蚀裂纹扩展行为时，试样尺寸 应按测定裂纹扩展速率的最高应力强度估计值确定 5门.4 可以使用两种基本类型的试样: a)用于恒位移试验的试样，此类试样都是采用加载螺栓，白身加载; b)用于恒载荷试验的试样，此类试样需要外部加载装置加载 5.1.5 自加载的恒位移试样，因为不需要外加载装置，所以比较经济 另外，此种试样结构紧凑，便于在 实际工作环境中进行暴露试验。这类试样可由疲劳预制裂纹产生应力腐蚀裂纹，因此可用于测定K,., 在此情况下，必须采用一组试样来精确测定界限值.或者通过裂纹扩展的终止值来求K.-因为在恒位 移试验条件下，随裂纹的扩展，应力强度逐渐降低。因此，原则上讲单个试样就足以测量K-，但实际上 考虑到5.1.6条所述恒位移方法的缺点，常建议采用儿个试样(不少于3个) 5.1.6 恒位移试样的缺点: 。)只能通过位移的变化间接侧定外加载荷; b)裂纹内生成的氧化物或腐蚀产物能够楔开裂纹表面，从而改变所加的位移和载荷值，也会阻塞 裂纹口，从而阻碍r腐蚀介质的进入，并且使得用电阻方法测定裂纹长度的准确性降低; c)裂纹分叉、变钝或者裂纹偏离扩展面，都会使测得的裂纹止裂，数据无效; d)当裂纹扩展速率低于某一数值后，则认为裂纹止裂，而该值是难以准确测定的; e)在裂纹扩展期fpl，加载系统的弹性松弛能够引起位移增加和产生比预计值更高的载荷; f)随时间的推移，在试样内产生的塑性松弛能使试样的载荷较预计值低; B>在试验环境中加载有时是不可能的，这会减缓随后试验中裂纹的萌生 5.1.7 恒载荷试验的优点是能够准确地定量表示应力参数 由于裂纹的扩展导致张开位移量的增加， 所以氧化物膜阻塞和胀开裂纹的可能很小。裂纹长度的测定可以很方便地采用许多连续监测方法进行 恒加载试样的儿何形状可以按试验材料的形状、现有的实验装置以及试验目的在很宽范围内进行选择 这意味着可以在弯曲或拉伸加载条件下研究裂纹的扩展，试样可以用来测定Ks二或者测定裂纹扩展速 率。前者，是一组带预制疲劳裂纹的试样，通过测定应力腐蚀裂纹在疲劳预裂纹上的萌生进行的。为了 避免出现不必要的孕育期，可在恒载荷试样置于试验介质后对其加载 5门.8 恒载荷试验的主要缺点是费用高，体积大。这与需要使用外加载系统有关。对于弯曲试样能够 在相对简单的悬臂梁试验机上进行试验，但是受拉伸加载的试祥，则要求恒载蠕变断裂试验机或类似的 试验机 在这种情况下，为了使其费用降至最低程度，可以用加载链使试样成串加载，这种加载链可以防 止试样破断后卸载。庞大的加载系统意味着难以在实际操作介质条件下进行恒载荷试验，但是可以在实 际操作系统排出的介质中进行试验 5.2 试样设计 图1列出一些应力腐蚀试验中采用的预裂纹试样的儿何形状。 5.2. 1 恒载荷试样可以有两种不同类型: 。)应力强度随裂纹长度的增加而增加型; b)应力强度实际上与裂纹长度无关型 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 es/T 15970.6--1998 a)型试样适于测定K ,,c和研究作为K 函数的裂纹扩展速率。而b)型试样则适于研究应力腐蚀机 理等基础研究 5.2.2增K的恒载荷试样可以承受拉仲或弯曲载荷。根据不同设计，拉伸加载试样在裂纹尖端主要受 拉应力(类似于中心裂纹板这样 类远拉伸型试样)或者包含显著的弯曲应力成分(象紧凑拉仲这一类 的裂纹线加载型试样)。裂纹尖端存在的这种显著的弯曲应力在应力腐蚀试验中能反过来影响裂纹通道 的稳定性，并且对于某些材料能促进裂纹的分叉 弯曲试样可以按三支点或四支点或悬臂弯曲装置加 载。 恒负荷 恒位移 K增加 恒 x K 降低? 拉伸加载 弯曲加载 远拉伸 裂纹线专曲 远弯曲 远弯曲 裂纹线弯曲 裂纹线弯曲 紧凑拉伸 (CTS) 双扭转板 塔形双悬臂 卜一一— (W-a) 中心裂纹板 三点弯曲 有影响 (W-e) 尤 形 咧 型楔形加载 (DCR> 悬臂梁 国盘 文献中所使用的应力强度因子系数 图1 应力腐蚀试验中预裂纹试样的几何形状 5.2.3 恒K恒载试样，可以受扭转载荷 如双扭转单边裂纹板试样，或者受拉伸载荷，如恒值的双悬臂 试样。虽然以拉伸加载，但后一种试样产生裂纹线弯曲，使裂纹扩展R-有偏离平面的倾向 这种现象可 以通过开侧面槽得到抑制 5.2.4 恒位移试样，通常借助装在试样一个臂I--的加载螺栓.顶住另 一个臂f.的固定平台进行自加载 或者是两个臂上的两个螺栓相对进行自加载。可使用两种类型 maqi 铅笔 maqi 铅笔 GBiT 15970.6-1995 a) (W-a)有影响试样 如T型楔形张开加载(T-WOL)试样。这种试样由于端面接近裂纹尖端而对 裂纹尖端的应力场产生影响 b) (W-a)无影响试样，如双悬臂梁DCB试样。这类试祥的端面远离裂纹尖端，从而保证了端面位 置对裂纹尖端的应力场几乎不产生影响 5.2. 5 上述儿种几何形状试样具有独特的优点.而被广泛应用于应力腐蚀实验。这些优点是 a)悬臂梁弯曲试样，容易加工。用于恒载荷，试验费用低; b)紧凑拉伸(CTS)试样，用F恒载荷试验.材料的需用量最少; c)自加载双悬臂梁(DCB)恒位移试样.便于在现场条件下进行试验; d) T型楔形张开加载(T-WOL)恒位移试样，也是自加载试样并且试验中材料需用量最少; e)为了研究在恒载荷条件下纵向裂纹的径向扩展，可以由厚壁圆筒加工成C形试样 J几述各类标准试样的设计详图分别如图2.)-e)所示 宽度=W 厚度B=O. s W 切口宽度N =0. 065 W?,,(如果W超过25 mm)或者 1. 5" mm(如果W小于或者等于25 mm) 有效长口长度 有效裂纹长度 =0.25 0.45 W =0. 45-0. 55甲 图2。) 悬臂梁试验试样的比例尺寸和公差 Gs/T 15970.6-1998 ? ?? ? ? ?? ? Y- Y 净宽度=W 总宽度C--1. 25 W*4, 厚度8=0. 5W 半高H= 0.6w 孔直径D-0.25 W 孔外边缘之间距离的一半F-1. 6 D 切口宽度N =0. 065W.大 有效缺口长度1=0. 25-0.40 W 有效裂纹长度a=0. 45-0.55 W 图26) 紧凑拉伸试样的比例尺寸和公差 ;x ca/T 15970.6-1998 )二 } 巨 「 l一 i{__ \ ( 一圣} 1 一州 { 日(一万 I }一{- - 一下- w 半高=H 厚度R二2 H 净宽N%=10月最小 总宽C二W十d 螺钉直径d=0. 75 H*4. 缺口宽度N一。14 H., 有效缺口长度l=2 H 注 I ".A"面互相平行和垂直，偏差在。.002 H范围内(H为读数值) 2 在每个面上“B"叙与表面的顶部和底部等距离 偏差在。.001 H范围内(H为读数值) 3 螺钉中心线垂直于试样中心线，偏差1。 4 螺钉的材料与试样的材料相同;细螺齿为正方形或六角形头 图2c) 双悬臂试样的比例尺寸和公差 GB/'r 15970.6-1998 翻 4}n H士0.8% Y'一Y 厚度-B 净宽度W=2.55 B 总宽度C=3.20 B 半高H=1.24 B 孔直径D=O. 718 B}0.003 B 有效缺口长度1=0.77 B 缺口宽度N=O. 06 B 螺钉直径7'=0. 625 B 注 1 表面互相平行和垂直，偏差在。.002 H范围内(H为读数值) 2 螺钉中心线垂直于试样中心线，偏差1'0 3螺钉的材料与试祥的材料相同;细螺齿为正方形或六角形头. . 2d) T形楔形张开加载试样的尺寸比例和公差 787 Gs/T 15970.6-1998 Y一 Y 净宽二W 厚度刀=0. 50w士0. ofw 孔轴线到内径切线X，。.50 W f 0. 005W 缺口宽度N=1. 5,,,, mm(0.1 W,*) 缺I7深度1-0.3W 孔轴线到试样面Z=G, 25W士0.01w 孔轴线到外表面T=0.25 W士0.01W 孔的直径D-0. 25 W士0. 005w 注:全部表面都平行和垂直，偏差在。.002 (W为读数值)。 图 2e) W范围内(W为读数值).?E.,表面垂直于“Y”面，偏差在(〕02 W范围阵 c形试样的尺寸比例和公差 5.2.6 如果需要的话，例如，在难以准确地控制疲劳裂纹的萌生和(或)扩展的情况下，不妨采用如图3 所示的人字形切口试样。必要时，此缺口的角度可以从900增加到1200 5. 2. 7 在需要测定裂纹张开位移的场合，如在对恒位移试样施加挠度时.安装引伸计的切12可以加l: 成如图4a)所示的切口，切口可以分别用螺钉拧紧或者粘到试样切口的相对的两侧.如图4b)所示 图 4c)展示了一种适用的锥形梁引伸计详图。 GB/'e 15970.6-1998 2w 十5.刁 ZW +5.刁 图3 人字形缺口 7S9 GS/T 15970.6-1998 l 一 l R)整体的形式 }④@一一一价 1C庄二且)④ @ b)螺钉形式 注:具有适当的强度以保证刀口用粘合剂固定。 图4 引伸计刀口位置 790 GB/'r 15970.6-1998 钊对试验环境选林适当的引伸计 二_主 试样上安装的引伸计 丁 粱厚斜度0. 5-0 幸间块尺寸 梁的尺寸 1己录装 胜 电桥MI S线路 注:1)这个尺寸比最小的初始标准尺寸大3.8 图4c) 锥形梁引伸计详图 3 应力强度因子 3.1 用弹性理论可以证明，作用于不同形状的试样或构件的裂纹尖端的应力强度K 可以用以下关 ? ? ? ? 系式表示: K、=Q。丫万 式中;Q— 几何常数; a— 一外加应力; GB/T 15970.6-1998 a一一裂纹长度。 5. 3.2 对于待定几何形状和加载方法的试样,K，的数学解可以通过有限元应力分析或者根据试验或 理论确定试样柔度值来计算 5.3. 3 通过无量纲的应力强度系数Y，可以计算K,值 该系数与用a/W或对于(W-a)无影响的试样 用a/H表示的裂纹长度有关 此处W是宽度，H是试样的半高。对于紧凑拉伸或者C形试样.其关系 式为: K =YPIB了而 ···············⋯ (1) 对rT型楔形张开加载试样为 K,=YPIB a万 ················，·····⋯⋯(5) 对于双悬臂梁试样为: K =YPIB ························⋯⋯‘h) 5.3.4 为了抑制裂纹分叉，可采用浅的侧面槽(一般在试样两侧面的槽深总共为试样厚度的5% ) 侧 面槽可采用半圆形或60'V形，但是要注意即使采用高达50%试样厚度的半圆侧面槽，有时也不 1定能 达到保持裂纹在所要求的平面内扩展的目的。在使用侧面槽的试样上，开槽后的厚度Bxi由于开槽对应 力强度的作用可以在式((5).(6)中用I/百刁3r,取代B来解决。然而，侧面槽对应力强度因子的影响远远 没有确定，所以在采用修正系数时要特别谨慎，特别在侧面槽较深的情况下更应如此 5.3.5 图5a)^-e)给出了应力腐蚀试验常用试样的应力强度系数Y的解 ? ????， ? ? ? ? ???{{泣i u 1I lI 井..}一 ??????? ? K := E，V?·H 了3H(.+0. 6H)'+H' 4[(a+0. 6H)'十一H'a] 这个公式是从弹性柔度理论引出的，虽然它的准确性和有效程度没有规定，但已经在范围Z}};H<5内使用，为确有 把握，推荐使用一种经验粟度定标 图5a) 双悬臂梁试样口W-a )无影响」的应力强度解 GB/T15970.6一199B }{ :} ，}成尸 ， r贾勺1 11 1 巨二;自舀 刀 =叼一q=常量] yP BJ丫J丁 ，Y一50·96‘备，一‘95‘8‘备，“+730·6‘备)’一‘，86·3‘备丫754，6‘备， ? ?? 其中 从弹性柔度理论引出的这个公式，虽然公式的准确性和有效程度没有完全确定，但它适用于。3镇备簇。8的范围 为了更有把握，推荐使用一种经验柔度定标。 注:1)V— 刚性螺钉的裂纹张开位移[COD]。 图sb)T形楔形张开加载试样的应力强度解 Gs/'r 15970.6一1998 ? YP 73 ? 在5=1. SW的情况下，式中 Y= 6. 21 — 一 戈1 “一11W} 这个公式最初是通过应力分析和柔度的组合方法推导出来的，虽然没有规定公式的准确性和有效程度，了F L适川3 。城备御.。的范m为了更有把握一些，推荐采用一种经验柔度定标。 图5。) 悬臂梁试样的应力强度解 — 一 一 一 一 一 一 ， 1 - 一一 B 一 { y尸 K一K万亩 一2.+ -W ,_0.886一命)〕/2(W)'+14.72 (W/一W)n 此公式在0. 2命".;1.。范围内使用其准确度为土一5Y 图S dl 紧凑拉伸试样的应力强度解 7O1 cB/T 15970.6一1998 Y尸 R杯而 式中 Y= (18.23V W一 1062孺 397. 7概一582. 0探十369. 1裸)X (1+ 1. 54奇X0.5备〕[1 。.22(1-'V W)(1一r, ) l 这个公式在范围0. 45<希 S0. 55内使用，准确到‘Y-e然而，当 范围内，其准确度达2%0 O XW' 0.7和、会。NN'况仁、。3 定 图5e) C形试样的应力强度解 5.4 试样的制备 5.4.1 对有取向要求的试样(见图s)应尽叮能在完成热处理后机加工。对完成热处理后难以进行加r. 的某些材料，最后 一道热处理必须在开缺口和精加工之前进行，这种情况下应考虑到最终机加工阶段 每个面至少要去掉。. 5 mm厚。然而，对于已经完成机加工的试样，也可以进行热处理，但这种热处理必 须不损害表面状态，不产生残余应力及淬火裂纹或者变形的情况下才行 5.4.2 机加工后，应该对试样进行充分的除油处理，以保证在随后预制疲劳裂纹或应力腐蚀试验阶段 试样的裂纹尖端不被污染当采用电阻法监测裂纹扩展时,需要用锡焊或铜焊方法将电极与试样连接起 来，这时为了除去少量残余焊剂，应该在焊接之后和预制裂纹之前进行除油 55 试样的标记 试样的标记号可以压印或刻写在试样切口的面上，或者在平行丁切口的端面仁 GB/T 15970.6-1998 基础的破断平面标志:知形截面 a)径向晶体流向 轴向加1_方向 b)轴向晶体流向:径向加工方向 基础破断平面标志 圆柱截面 非基础破断平面标志 图6 破断平面的标志 疲劳裂纹的萌生和扩展 用预制疲劳裂纹的试验机对试样加载时，应使切口附近的应力分布对称，并且施加力的准确度达 5%以内 在预制疲劳裂纹过程中，试样所处的环境条件及受力状态都会影响其在以后应力腐蚀试验'j,的了 ???????? ? ? ? ? ? ? ? Gs/T 15970.6-门998 为 对J一某些材料，在顶制裂纹操作时，引人应力腐蚀试验环境，将促使裂纹从一般的塑性穿晶疲芳开裂 模式转变为很类似于应力腐蚀开裂的模式 这有利于以后的应力腐蚀裂纹的萌生以及K二起始值的测 定 然而，除非在预制疲劳裂纹后直接开始应力腐蚀试验 否则存在于裂纹尖端的腐蚀剂由f腐蚀作用 能使裂纹尖端变钝 再者，当在含侵蚀性物质的环境中预制疲劳裂纹时，山十腐蚀疲劳破断形式对循环 加载格外敏感，因此试验结果的重现性要受影响。另外，在预制疲劳裂纹时，为了达到控制环境的口的. 要求更完备的疲劳试验装置。为此，建议除非部门之问同意采用其他的方法外 一般预制疲劳裂纹都要 在正常的实验室空气环境中进行 6. 3 试样要用R值为。一0. 1的疲劳载荷预制裂纹，直到裂纹至少在侧面越过切11 2. 5'i 11'或 1. 25 mm(选用两者中的较大值)为止。裂纹可以在较高的K 值下开始，但在裂纹扩展的最后0. 5 。· 疲劳裂纹要在尽可能低的最高应力强度下完成(如果可能，应低于预期的K，二值) 6.4 最终的疲劳裂纹长度，要满足平面应变条件，即 _ ( K一 “ “>2.bIKN}} ，.。。。二。...................... ,了 当最终a/W的比值处在范围0. 45-0.55时条件最佳「(W-a)无影响试样除外口。 6.6.;为了避免分别由切口和裂纹产生的应力场的互相作用，裂纹应限制在图7所示的包络线内为了确保应力强度分析的有效性，应该检查试样两个侧面卜疲劳裂纹，以保证疲劳裂纹而不得偏 离切门平面 10“以上，长度差值不得超过5%W 试验段边缘 州 匕 卜二二 ，)弯曲试验段 试验段加载线 ______________一，一勺 b)拉伸试验段 图? 切口和疲劳裂纹的包络线极限尺寸和形式 Gs/'r 15970.6-1998 弯曲或老拉伸试验试样的例子(在疲劳裂纹尖端位于包络线顶端，整个机械切口将位于所小包络线以内) 图 7(完) ? ? ? ? ? 2一~、 2一 - - - 一 - ~ 一?? ? 、 七 一 一 _ 一 一 一 ? ??? a)中心裂纹板 、、j延r农千沙‘中试灯‘.r% ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ‘_ 一 一一 _ _J c)三点弯曲 「一 一 一 一 门 O O} L _ 一 - 一 {O。 一v一 { } l 飞 } } 一 _ _ _ J I>悬臂梁 e)楔形张开 加载试样(WOL) 图 8 介质槽在断裂力学试样且的位置 'rot GB/T 15970.6--1998 了 试验步骤 7.1 综述 7门.j 试验之前测定试样厚度B或宽度w或(W-a)无影响试样的半高II,精确到0.1丫III(或11)以 内，测量线离裂纹平面不能大于10%W(或II)。还要测定试样两侧曲上疲劳预裂纹的平均反度一并用该 值估计产生某一初始应力强度K，所需载荷(参看GB/T 15970. 1). 7.1.2试验所采用的环境条件取决于试验目的但是理想情况下应该与合金使用的实际环境条件相同 或相近 7.1.3 采用辅助电极，可对暴露在导电水溶液中的试样进行电化学极化 但是应该注意，对应力腐蚀裂 纹尖端的恒电位控制，随裂纹长度的增加，可能产生很大变化.在研究1力腐蚀开裂机理时，必须号虑这 点。 了门.4 实际操作时.建议试样与试验环境接触后再加载。否则，试祥在加载后应尽快地暴露到试验环凌 中 了.1.5 建议尽量避免施力点与腐蚀性介质接触，否则会遇到如下问题: a)在加载系统或其他的辅助设备(如电阻监测裂纹用的电极)是用不同于试样的材料制作的情况 下，需要电绝缘，否则电偶效应可能影响试验结果; 6)在加载系统和试样之间的有限空间区域内可能产生缝隙腐蚀并导致加载螺栓等部件过早破坏 7.2 用裂纹终止法测定K,、二 7.2.1 用裂纹终止法测定K ,5c}}，可以使用恒位移试样。原则上单个试样就可以解决问题.但是为了减 少产生错误结果的可能性，仍建议使用多个试徉 7.2,F. A2 用裂纹终止法测定K、时，应将预裂纹试样固定在卡具F.并尽可能将试验介质加到切rt根部 7. 2. 3 旋转螺栓使试样臂挠曲达到预先给定K，值。此值要高于预计的K，二值.必须避免过高的挠 度。加载线上的挠度v与通过位于切「f边缘上的引伸计测得的挠度v按图9说明的方法换算 为了使 由于弱信号过度放大造成的误差降到最小，引伸计的灵敏度应不小于20 mV/mm 引伸计应有好的线 性度，当位移。. 5 --时，与真值偏差不能大于。.003 mm，而对于更大的位移，偏差不大于记录值的 1% 7.2.3.1 对于(W-a)无影响的DCB试样，为了给出某 一应力强度K?所要求的挠度.在给定的a/H值 下，能够从图5(a)所示的K 和v，之间的关系计算出来 7. 2. 3.2 对手受(W-a)支配的T-WOI一试样，需要专门的柔度定标知识，以采用图56)给出的关系来计 算在特定的裂纹长度比a1W下，产生给定应力强度值所需的挠度。光滑的和侧面开槽的‘C-W 01试样 的典型柔度定标曲线如图10所示。加载之后应该去掉引伸计 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 maqi 铅笔 GB/T 15970.6-1998 载荷 裂纹尖端 ~ ~ ~ 重势沙 匕 C1 v!一(渝 >v 图9 v和v，之间的关系和测量位置 光滑一理论 ? ??? ??? ??? ??? 100 5%面缺口的经脸值 光滑经验值 光滑经脸值 [、」 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 W 图10 T型楔形张开加载试样在中心加载线上的柔度比较 800 GB/T 15970.6-1995 7.2.4 一旦试样与介质接触，就开始监测裂纹长度随时间的变化关系，可以采用光学法直接测定或背 面应变法间接测定。当发生裂纹扩展时，应力强度因子F降。裂纹长度随时间变化曲线的斜率决定裂纹 扩展速率。后者通常是对裂纹长度随时间变化曲线进行图解微分来测得的 裂纹可以最后终止，终比后 的K 值即为K x;c e然而，通常裂纹以 种极低的速率扩展，而K sc〔却是按照一个任意选择的裂纹扩 展速率测定的 最恰当的终止扩展速率值取决于具休考虑的金属与环境体系，并且各个部门之间的意见 必须一致。对于高强度合金，速率约为10-'mm/s。但是实际经验表明，应力腐蚀裂纹能够在速率低于 10-'mm/s的速度下扩展。如果K、二值能近似知道.那么可以通过使K,;值接近K a(c值的办法来大大 缩短裂纹终止时间。 7.2. 5 当认为裂纹已经停止扩展时，测定裂纹长度并计算应力强度，得到一个暂定的K-值。这个值 可以通过更换引伸计和记录的挠度确定。然后将试样卸载并接着在拉伸试验机七重新加载，测定相应的 载荷，最后将试样断开并测定最终应力腐蚀裂纹长度的最大值和最小值，测量误差不大于。. 5,}c16'同 时还在25%B,50%B和75%B三个位置上进行测定。应该以后三个测定值的平均值作为计算K、的 有效裂纹长度。如遇到下面的情况，则认为试验无效: a)这三个测定值中的任意两个之间的差超过2.5%W; b)最大和最小裂纹长度相差大于5%W; c)裂纹面的任一部分所处的平面偏离切口平面大于100; d)因子2-5(K,}厂R,2)’大于试样的厚度和裂纹长度。 7.3 用裂纹初始法测定K、 7.3门 恒载荷或恒位移试样都可以采用初始法测定K,-. 7. 3.2 用裂纹初始法测定K,、值时，需要 组试样。7.3.2.1和7.3,2. 2所述的两种方法都可以采 用 7. 3.2.1 在时间紧迫而试样和试验设备较多的情况下，最合适的方法是同时暴露--组加载到不同K, 值的试样，预计的x。值应处在这个x.,范围以内。 7. 3.2.2 在时间允许的情况下，用折半查找法测定Ks二值，该方法不仅准确度高，而且对试样和设备 的利用都较经济。这要求先用一个试样，按推荐的方法测定材料的断裂韧性x。(如果无效，则为Ko), 该K,。值成为K、的上限。然后在K,c .半的初始应力强度下进行应力腐蚀试验，随后的试验依次按 照如GB厂T 15970工中的表所示的不同K.c分数加载，具体加载量，应视原先试验巾试样是否产生裂纹 扩展而定 7.3.3 使用恒位移试样时，施加的挠度应同7.2.2和7. 2. 3一致 对于恒载荷试样，为了产生某 一应力 强度所需的载荷，可以按图5c)和图5d)给出的关系式进行计算。加载用的试验机应具有士1%的加载精 度，而加载卡具应尽量做得光滑，加载前将试样暴露到试验介质中去。 7.3.4 施加所需的载荷或位移后，立即开始计时。为了初步测定应力腐蚀界限值x ,scc.可任意选择试 验持续时间。试验持续时间的长短取决于所研究的材料和环境，并且要得到供需双方的同意 但是对于 初步试验，钦合金的试验时间一般定为10 h，低合金超高强度钢为100 h，较低强度的马氏体时效类型 的高合金钢为1 ooo h,铝合金的终止时问可以适当缩到最短。 7. 3.5 在试验期间，裂纹长度可用光学方法定期监测或通过电阻法、背面应变法或位移引伸法进行连 续监测。至于用哪一种监测方法，要根据实验的具体情况决定。这些方法可以方便地测出裂纹的萌生， 并能够测定裂纹扩展速率随应力强度变化的函数关系 7.3.6 试验完成后，检查试样是否有裂纹扩展。如果没有变化，则将试样断开并测定疲劳预裂纹长度的 最大和最小值，尽可能接近到。.5W。并且进一步在25%B,50%B和75YB三个位青进行测定 最后 三个测定值的平均值作为计算KQ、的有效裂纹长度 当KQScc= K.sJ寸试验是有效的，下述情况试验 无效 a)后三个测定值中的任意两个之间的差超过2.5%W; GB/'r 15970.6-1998 b)最大和最小裂纹长度之间的差超过5%W; c)疲劳裂纹面的任一部分所处的平面偏离切日平面超过100; d)疲劳裂纹不在一个平面上，即存在多核效应; e)因子2. 5(K scc/Re?,,)}大于试样的厚度或裂纹长度; 0疲劳裂纹长度测不准。 事实表明.当K。大于K ,c。时.会产生应力腐蚀裂纹扩展 所以在所完成的一!?f l试验中.K 是不 发生应力腐蚀裂纹扩展的最高K,值。 7.3.7 如果时间允许，最初的K.二值的可靠性可以通过进一步的应力腐蚀试验来核实 此试验的应力 强度需等于最初的K ,-,c值，而试验时间却要增加一个数量级。如果该试验显示出裂纹扩展，则需进 t步 试验。此外，关fK,、的时问相关性，也可通过绘制试样的破断时间曲线图得到 该图表明.破断产生在与K:成函数关系的暴露时间内，从而证实是否存在如图n所示的渐近十 Kl、值的曲线 / K,c 一 一 .... 叫叫...， ..... ，..， - ...叫.. 目.叫， - ?? ?? ??? ? ? ? ? ? ? { } } 试验终止的任意时间 破断时间的对数 图n 用破断时间试验方法得到的应力腐蚀数据图示 8 试验报告 有关试验结果的报告，在8.1 8.6作了详细说明。 8.1 详细描述试验材料 包括化学成分，组织状态以及力学性能，产品类型和截面厚度 8.2 试验环境，包括环境的化学组成、电化学条件、温度、压力和应用的方式(如全浸、喷雾等)。 8.3 对于每个试样 a)试样类型和加载方式; b)厚度B(如果有侧面槽则为Bn),mm; c)宽度W,mm; d)半高[仅用于(W-a )无影响试样」H,mm; 的疲劳预裂纹 幼裂纹扩展终止段的疲劳应力强度因子K; GB/T 15970.6-1998 2)疲劳载荷比K; 3)预制裂纹过程中的温度和环境 f)疲劳预裂纹的长度a; 9)初始应力强度K ; h)暴露到介质中的起始时间和开始加载时间以及总的暴露时间; 1)裂纹是否扩展(对于恒位移试样为裂纹终止); J)是否产生断裂，如果产生，记下破断时间; k)裂纹平面和扩展方向，按图6所示的标记表示 8.4 K,。值(如果不满足有效判据，则是K,) 8.5 K ,u:,:值(如果不满足有效判据，则是KQSCC).要注明K二是用裂纹初始法还是用终止法得到的 以及所用的判据 8.6 能得到的裂纹扩展数据(平均值或作为应力强度的函数) cu/'r 15970.6-1998 附 录 A (标准的附录) 应力腐蚀试验中切口试样的采用 Al 范围 A1门 断裂力学试样可以在不带疲劳预裂纹的钝一切日条件下进行试验，这样的试验只是在要求评价构 件或部件的钝切u上能产生环境促进开裂条件的情况下进行。 A1. 2 钝切口试样可用在1.2和1.3中所述的基本几何尺寸和加载方法 A2 符号 除在第3条中定义预裂纹试样所用的符号外，还使用以卜符号 1,:从切口根部到切口外边或到加载点轴的距离，具体取决于试样几何形状; 。二:名义应力; Q.,.:用弹性力学计算的最大切口应力; 。、:用断裂力学方法计算的最大切口应力; ETn:切口表面应变的界限值。超过该值，在特定试验条件下将萌生和扩展环境促进开裂 am:切口应力的界限值。超过此值，在特定的试验条件F将萌生和扩展环境促进开裂; r:切口根部半径; K,理论上的弹性应力集中因子; K,':按切口深度和施加载荷计算的表观裂纹尖端应力强度因子; M;弯矩; u:泊松比 A3 原理 A3.1 试验涉及到带有机械切口的试样，暴露到化学腐蚀性环境中时，在施力点受到恒载荷、恒位移或 者是一种单调增加的载荷。其目的是从通过弹性力学计算的最大切口应力‘，计算界限表面应变:「. 并且来定量表示能产生环境加速裂纹扩展的条件 A3.2 如果在钝切口试样上用弹性力学计算的最大应力得到的最大应变值，与在研究的结构件及部件 上的最大应变间的相互关系经检验是有效的.则可用经验数据来保证构件内的应力不会引起环坡促进 开裂 A4 试样 A4.1 综述 其他与第5条所述的预裂纹试样相似的钝切口试样，除了没有疲劳裂纹外，都可以使用 A4.2 试样设计 与预裂纹试样相似，试祥尺寸应足以维持切口根部以平面应变状态为主，因为在此状态F,切日根 部的塑性区受到约束，其总的切口应变，即弹性加塑性应变，将是某种特定材料的弹性计算最大切日r 力的准值函数。应该规定塑性区尺寸和切日根部半径比切口深度要小。因此推荐: a)切口深度I,和厚度B不小于2. 5 (K,' /Re)“.其中K,是根据所加载荷和切If深度}}一铸的表观 )w力强度; 切 切口根部半径r，应满足比值r=r / (W-l,)不超过。.2 8日4 GB/'r 15970.6-1998 A4.3 应力 A4. 3.1 最大的切u应力能够用弹性力学方法由名义应力。n和弹性应力集中因子K、的乘积计算 A4. 3. 2 弹性应力集中因子K?能够用弹性有限元分析力法按照公布的表计算或用关系式K-a?,k。 来计算。公式中的amk=z凡r/ 1},。应该指出，后 一种方法的准确度随切日半径的增加而减小 A4. 3. 3 名义应力a?，取决于试样的几何形状。对于弯曲试样 a?=6M/(W-L)B 公式中的M是弯矩。 对于紧凑拉伸试样: _ 尸 ,3W+L)。，二 a“一 }，不 厂 -下，万 L 下石 eses下eseses十 i i kw 一 毛少力 w 一 L - A4.4 A4. 4.1 A4.4-2 A4. 4. 3 试样制备 在热处理后，采用类似于有关部件制造的机加工条件，加上试样切日。 鉴十缺。试样产生裂纹所需的载荷比预裂纹试样大，因此需要使用稍大的切。深度约。.。L. 6 Ld. 在试验之前彻底除油 A5 程序 A5门 界限表面应力ar,,，大于此值，材料对环境促进开裂敏感，可用恒位移或者恒载荷试样按7.3条 提出的由裂纹初始法，测定K-、的分析方法进行测定。 A5. 2 相应的界限表面应变值:Tl，大于此值，材料对于环境促进开裂敏感，可用以F关系式进行计算: (1一k,)ain 左 A6 试验报告 除列于第8条的有关数据外，每个试样都要记录以下的内容: a)田日半径厂; b)切口深度L; c)切口的加工方一法和所用的加工参数(因为这些可以影响切口的表面状态，从而影响产生环境促 进开裂所要求的条件)。