GB-T 15970.9-xxxx 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第9部分 渐增式.的制备和应用-

ICS77.060H25中华人民共和国国家标准GB/T15970.9—××××金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第9部分：渐增式载荷或渐增式位移下的预裂纹试样的制备和应用Corrosionofmetalsandalloys--Stresscorrosiontesting--Part9:Preparationanduseofpre-crackedspecimensfortestsunderrisingloadorrisingdisplacement（ISO7539－9：2003，IDT）（送审稿）××××-××-××发布××××-××-××实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布GB/T15970.9—××××I前言本标准等同采用国际标准ISO7539-9：2003《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第9部分：渐增式载荷或渐增式位移下的预裂纹试样的制备和应用》。本标准作了下列编辑性修改：—删除国际标准前言。GB/T15970在《金属和合金的腐蚀—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(GB/T15970.1-1995)第2部分：弯梁试样的制备和应用(GB/T15970.2-2000)第3部分：U型弯曲试样的制备和应用(GB/T15970.3-1995)第4部分：单轴加载拉伸试样的制备和应用(GB/T15970.4-2000)第5部分：C型环试样的制备和应用(GB/T15970.5-1998)第6部分：恒定载荷或恒定位移下的预裂纹试样的制备和应用(GB/T15970.6-××××)第7部分：慢应变速率试验(GB/T15970.7-2000)第8部分：焊接试样的制备和应用(GB/T15970.8-2005)第9部分：渐增式载荷或渐增式位移下的预裂纹试样的制备和应用(GB/T15970.9-××××)本标准附录A、附录B和附录C均为资料性附录。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归口。本标准起草单位：钢铁研究总院、冶金工业信息标准研究院。本标准主要起草人：GB/T15970.9—××××1金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第9部分：渐增式载荷或渐增式位移下的预裂纹试样的制备和应用1范围1.1本标准包括了研究金属在渐增式载荷或渐增式位移下应力腐蚀裂纹敏感性的预裂纹试样的设计、制备和应用等内容。恒定载荷或恒定位移下的试验见GB/T15970.6。本标准中的术语“金属”也包括合金。1.2因为裂纹尖端需要维持弹性约束，所以预裂纹试样不适于评价如薄板或线材等薄的产品。通常适用于评价板材、棒材和锻件等厚的产品。预裂纹试样也适用于焊接件。1.3预裂纹试样可以通过在加载点使用单调增加载荷或位移装置定量加载。1.4预裂纹试样的一个突出优点是：可以通过测得的数据计算出已知几何形状且承受已知应力构件的临界缺陷尺寸。如果缺陷尺寸超过临界值，应力腐蚀破裂可能会发生。预裂纹试样也可以用于测定应力腐蚀裂纹扩展速率。1.5本试验的一个主要优点是：考虑了动态应变对应力腐蚀破裂界限值的潜在影响。1.6在足够低的加载速率下，本方法可以更快捷地测定KⅠSCC值，且此值会小于或等于由恒载荷或位移方法测定的值。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的昀新版本。凡是不注日期的引用文件，其昀新版本适用于本标准。GB/T15970.1金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第1部分：试验方法总则（GB/T15970.1－1995，idtISO7539-1：1987）GB/T15970.6金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第6部分：恒定载荷或恒定位移下的预裂纹试样的制备和应用（GB/T15970.6－××××/ISO7539-6：2003,IDT）GB/T15970.7金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第7部分：慢应变速率试验（GB/T15970.7－2000/ISO7539-7：1989,IDT）GB/T××××金属和合金的腐蚀腐蚀疲劳试验第2部分预裂纹试样裂纹扩展试验（GB/T××××-××××,ISO11782-2-1998,IDT）3术语和定义GB/T15970.6给出的术语和定义同样适用于本标准。3.1在加载面上裂纹张开位移的变化率，•VLL：固定周期测量的加载点通路的挠度3.2裂纹萌生时的应力强度因子，initK−Ι：可测量的裂纹开始扩展时的应力强度3.3疲劳状态下应力强度因子范围，fKΔ：一周期内昀大与昀小应力强度因子的代数差GB/T15970.9—××××23.4位移速率，dtdq：在加载点轴线或远离加载线处测量的挠度增加率4原理4.1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（如钛），在光滑试样的恒载荷试验中不明显。应用线弹性断裂力学的原理，能够借助于平面应变应力强度定量地确定存在于预裂纹试样或构件中的裂纹尖端的应力状况。4.2对机械切口进行疲劳预制裂纹的试样，通过在施力点施加恒定载荷或位移，在化学侵蚀性介质中进行试验，目的是借助于应力腐蚀破裂界限应力强度因子KISCC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试验可在拉伸或弯曲条件下进行。试验的昀重要特性是使用低加载/位移速率。4.4由于本方法与动态应变相关联，所以得到的数据也许与相同环境材料组合下的仅静态加载的预裂纹试样试验不同。4.5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引发环境促进开裂，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。4.6由于在裂纹尖端化学和电极电位的变化，应力腐蚀破裂受力学和电化学驱动力影响，后者可随裂纹深度、开放程度或形状变化，不仅仅用断裂力学应力强度因子描述。4.7力学驱动力包括施加的和残余应力。在实验室试验和应用于更复杂的几何形状时，应考虑后者可能的影响。残余应力在试样中的剃度可导致沿裂纹前端不一致的成长4.8SCCKΙ是环境和加载条件的函数，环境应模拟实际使用条件。5试样5.1总则5.1.1凡在断裂韧性试验中，所大范围采用的标准试样几何尺寸都可以使用。昀常用的试样在GB/T15970.6中描述。试样具体类型可因原材料的形状、强度、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三轴应力为主的（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KIc值，试样的裂纹长度a和厚度B都不能小于2.5（KIc／RP0.2）2。为保证足够的约束，应尽可能使用大试样，其a和B至少等于4（KIc／RP0.2）2。从断裂力学的观点看，此时不能具体规定可得到恒定KISCC值的昀小试样厚度。在应力腐蚀过程中，侵蚀性环境的存在，可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，即：a和B不小于2.5（KI／RP0.2）2……………………………（1）昀好不小于4（KI／RP0.2）2………………………………（2）式中的KI是试验中外加的应力强度，单位为MPa/m。昀后测定的界限应力强度值应该取代式（1）中的KI，以检验其有效性。第一个表达式中的ΙK来替代应力强度极限值以检验试验的有效性。5.1.3如果试样是用来测定KISCC，那么初始的试样尺寸可按材料KISCC的估计值来考虑（开始昀好将KISCC值估计得高一点，因此采用较实际需要大一些的试样），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临界应力强度值只与此特殊应用有关，那么可以使用相同GB/T15970.9—××××3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昀高应力强度估计值确定。5.1.4根据试验材料的形状、现有的实验装置以及试验目的，试样的几何形状可以在很宽范围内进行选择。可以使用下面两种基本类型的试样：a)用于拉伸加载的试样；b)用于弯曲加载的试样。这表示可以在弯曲或拉伸加载条件下研究裂纹的扩展。试样可用来测定SCCKΙ或裂纹扩展速率。用一组带预制疲劳裂纹的试样通过应力腐蚀裂纹萌生测定SCCKΙ。因为试样暴露在试验环境中时是加载的，所以应避免出现不必要的孕育期。5.1.5可以通过许多连续监测方法进行裂纹长度测量，例如电阻方法。5.1.6原则上弯曲试样可在相对简单的悬臂梁试验机上进行试验，但受拉伸加载的试样则要求在拉伸试验机上进行。5.2试样设计5.2.1试样可拉伸或弯曲加载。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一类远拉伸型试样）或者包含明显的弯曲应力（类似于紧凑拉伸这一类的裂纹线加载型试样）。裂纹尖端存在的明显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，并且对某些材料能促进裂纹的分叉。弯曲试样可以按三支点、四支点或悬臂弯曲装置加载。5.2.2裂纹线弯曲会导致裂纹扩展具有偏离平面的倾向，可以通过在试样上开侧面槽来控制。5.2.3许多几何形状试样具有独特的优点，从而被广泛的应用于渐增载荷/位移应力腐蚀破裂试验。这包括：a)紧凑拉伸（CTS）试样，材料用量昀少；b)悬臂梁弯曲试样，易加工且试验费用低；c)C型试样，可由厚壁圆筒加工，从而研究纵向裂纹的径向扩展。图1～3给出各类标准试样的设计详图。GB/T15970.9—××××4㎜宽度=W厚度B=0.5W切口宽度N=0.065W昀大（如果25Wmm）或1.5昀大mm（如果25≤Wmm）有效切口长度l=0.25W～0.45W有效裂纹长度a=0.45W～0.55W图1悬臂梁试验试样的比例尺寸和公差GB/T15970.9—××××5㎜净宽度=W总宽度C≥1.25W昀小厚度B=0.5W半高H=0.6W孔直径D=0.25W孔外边缘之间距离的一半F=1.6D缺口宽度N≤0.065W昀大有效缺口长度l=0.25W～0.40W有效裂纹长度a=0.45W～0.55W图2紧凑拉伸试样的比例尺寸和公差GB/T15970.9—××××6㎜净宽度=W厚度B=0.50W±0.01W孔轴线到内径切线X=0.50W±0.005W切口宽度N1.5mm≤N≤0.1W切口深度I=0.3W孔轴线到试样面Z=0.25W±0.01W孔轴线到外表面T=0.25W±0.01W孔的直径D=0.25W±0.005W注：所有表面都应平行和垂直，偏差在0.002W范围内，“E”表面垂直于“Y”面，偏差在0.02W范围内。图3C形试样的比例尺寸和公差5.2.4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4中所示的人字形切口试样。必要时，此缺口的角度可以从90°增加到120°。5.2.5在需要测定裂纹张开位移的场合，安装引伸计的刀口可以加工成如图5a)所示的切口。切口也可分别用螺栓固定或粘黏在试样切口相对的两侧，如图5b)所示。图6给出了一种适用的锥形梁引伸计详图。GB/T15970.9—××××7㎜a用60°刀具铣，对于全部试样切口根部半径昀大为0.3。图4人字形缺口GB/T15970.9—××××8㎜a)整体形式b)螺钉形式注：假设能够保证足够的强度，那么上面刀口可用粘合剂固定。图5引伸计刀口的位置GB/T15970.9—××××9㎜a)安装在试样上的引伸计b)梁的尺寸GB/T15970.9—××××10c)桥式测量电路a此处尺寸应为昀小初始标准长度的3.8倍b梁厚度的斜度为0.5～0.8注：应选择应变计及材料以适应试验环境。图6锥形梁引伸计详图5.3应力强度因子5.3.1运用弹性理论，作用于不同形状的试样或构件的裂纹尖端处应力强度因子KI可以用以下公式（3）表示：aQK××=Ισ……………………………………………（3