落锤撕裂试验(DWTT)方法和结果分析

落锤撕裂试验（DWTT）1.试验目的落锤撕裂试验（Drop-WeightTearTest）是用来检测材料韧性的试验项目，主要用于金属材料的低温脆性研究,目标是建立断口形貌与温度的关系。该试验是用一定高度的落锤或摆锤一次性冲断处于简支梁状态的试样，并评定试样断裂面上的剪切面积分数的试验。对于高韧性、大壁厚的管线钢来说，普通夏比冲击试样尺寸过小，不能反映实际构件中的应力状态，而且结果离散性大。而落锤撕裂试验（DWTT）的结果与钢管全尺寸爆破试验结果相当吻合，说明这种方法更能反映断裂的真实情况，而且容易操作，因此落锤撕裂试验被广泛应用于管线钢断裂韧性的评价，被作为衡量管线钢抵抗脆性开裂能力的韧性指标。我国西气东输对于管线钢的DWTT剪切面积分数要求是平均85%，昀低70%。试验涉及术语如下：剪切面积分数：韧性断裂区面积与用于评定断口的净截面面积之比，用百分数表示，记做SA%。韧性断裂区：冲断的试样断裂面上呈暗灰色纤维状的区域。脆性断裂区：冲断的试样断裂面上呈发亮的结晶状的区域。D/t：输送管直径D和厚度t的比值。压制缺口：用专用压头在试样单边压制的V型缺口。人字型缺口：用机械加工方法在试样单边加工的人字型缺口。2.相关标准依据标准GB/T83632007，该标准代替GB/T83631987，于2007年10月25日发布，2008年4月1日实施。该标准适测定壁厚不大于40mm的输送钢管或厚度3mm~40mm的铁素体钢、贝氏体钢及双相钢等钢板的落锤试验和结果评定。此外还有美国石油协会标准APIRP5L31996，美国材料与试验协会标准ASTM436-2003。3.试样制备3.1试样的选取于钢板上取样时，取样部位和方向应按照相关产品标准、协议或按GB/T2975执行。样坯应取自其他力学性能试样的附近。于输送钢管上取样时，试样的纵轴应平行于钢管圆周方向，可用全压平或不全压平试样，通常时D/t≥40，可用全压平试样，D/t＜40时，可用不全压平试样，在试样中部25mm~51mm长的部位保留输送钢管的原始曲率，如压平时样坯发生扭曲，则应重新取样。若钢板的厚度或输送钢管的壁厚≤19.0mm，应采用原板厚或原壁厚试样。钢板的厚度或输送钢管的壁厚＞19.0mm，可以采用原板厚或原壁厚试样，也可采用减薄试样，即对试样的一个或两个表面进行加工，将其厚度减薄至（19.0±0.12）mm，这时的试验温度应低于规定的试验温度。图1钢管取样示意图如无特殊规定，一般取两个试样。3.2缺口加工缺口几何形状可采用压制缺口或人字型缺口。低韧性管线钢与其他钢材应选用压制缺口，高韧性管线钢优先选用人字型缺口。人字型缺口可降低DWTT吸收能量，在一定程度上减小高韧性管线钢发生异常断口的概率。图2压制缺口试样图3人字型缺口试样4.试验过程(1)在-75℃~+100℃的温度范围内，应将试样完全浸入装有适宜液体的保温装置内，试样之间的距离和试样距保温装置边缘或底部的距离至少为25mm或至少等于试样厚度，取数值较大者。液体温度与要求的试验温度的偏差不得大于±1℃。试样的昀短保温时间见下表：表1试样的昀短保温时间试样厚度t/mm昀短保温时间/mint＜12.71512.7≤t＜25.42525.4≤t＜38.14538.1≤t＜4048(2)从保温装置中取出试样装入试验机并迅速打断，试样自离开保温装置至打断的时间不得超过10s，不允许用温度与试验温度有明显差异的器械接触试样缺口附近部位。5.试验结果处理常见的DWTT试样断口形貌有两种，一种是断口截面为100%的韧性断裂区或脆性断裂区，另一种是缺口根部为脆性断裂区，而缺口根部至锤击侧由脆性断裂区过渡到韧性断裂区。5.1试样断口的评定试样断口的评定就是测量净截面上的剪切面积百分数。厚度t≤19.0mm的试样按图所示用于评定断口的净截面是在试样横截面上由压制缺口根部或人字型缺口的尖端起扣除一个试样厚度，并由锤击侧扣除一个试样厚度的截面；厚度t＞19.0mm的试样的净截面是在试样横截面上由压制缺口根部或人字型缺口的尖端起和锤击侧各扣除19.0mm后的截面。对于净截面，按前述方法确定其断裂区种类。对于图示断口形貌，应将净截面上出现的韧性断裂和脆性断裂相间区域中的韧性断裂部分作为脆性断裂区处理。5.2剪切面积百分比的测定方法在附有标尺的断口照片或光学投影图上用求积仪测量脆性断裂区面积，从用于评定断口的净截面面积中减去脆性断裂区面积，再除以净截面面积，并以百分数表示。该法一般用于其他方法难以确定的情况。将击断的试样断口与一组厚度相同且经过标定的断口照片或实物断口对比，得到剪切面积百分数。5.3三种典型试样断口形貌剪切面积百分比的测定方法（1）断口形貌介于图3和图4之间，测量t线之间脆性断裂区的宽度A和长度B，厚度t＜19.0mm的试样按公式（a）计算剪切面积百分数；t≥19.0mm的试样按公式（b）计算剪切面积百分数。图3SA%=100%图4SA%≈45%图5脆性断裂区纵贯全断面（2）断口呈图5形貌，则在两条“t”线处和两条“t”线之间的中点处测量断裂区的宽度A1、A2、A3，按公式（c）计算剪切面积百分数。10027175.0271%tABtSA……………………（a）1003375.033%tABtSA………………………….（b）1003/%321tAAAtSA………………….（c）SA%——剪切面积百分数，%T——试样厚度，单位mmA——缺口根部“t”线处脆性断裂区宽度，单位mmB——“t”线间脆性断裂区长度，单位mmA1——缺口根部“t”线处脆性断裂区宽度，单位mmA2——锤击侧“t”线处脆性断裂区宽度，单位mmA3——两条“t”线间的中点处“t”线处脆性断裂区宽度，单位mm试样判废条件：由于试验机能量不足或冲击时试样翘曲，导致试样经一次冲击未完全断裂时认为试验无效，试样厚度小于5mm时容易发生翘曲。5.4试验结果的不确定度剪切面积百分数的不确定度取决于断口评定方法、尺寸测量的不确定度、试验温度、材料特性、试样的类型和尺寸、试样对中和试验机参数等。5.5试验报告内容（1）国家标准编号（2）材料的特征描述（3）试样编号（4）试样在产品中的部位和方向（5）试样的公称厚度或实际厚度（6）试样类型（7）试验温度（8）试样剪切面积百分数SA%，修约为整数。6.实例