GB T 7732-2008 金属材料.表面裂纹拉伸试样断裂韧度试验方法.pdf

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1、ICS 7704010H 22 囝雪中华人民共和国国家标准GBT 7732-2008代替GBT 7732-1987金属材料表面裂纹拉伸试样断裂韧度试验方法Metallic materials-Fracture toughness testing method withsurface crack tension specimens2008-05-13发布 2008-1卜01实施中华厶民共和国国塞质量监督检验检疫总局学者中国国家标准化管理委员会覆111刖 罱GBT 7732-2008本标准与ASTM E740-03(表面裂纹拉伸试样的断裂韧度试验方法一致性程度为非等效。本标准代替GBT 7732

2、1987(金属表面裂纹断裂韧度试验方法，并对GBT 77321987在以下方面的内容进行了修改和补充：修改了标准的名称；在“规范性引用文件”中，删去了原引用标准GB 6397(金属拉伸试验试样，增加了规范性引用文件GBT 228(金属材料室温拉伸试验方法、GBT 12160单轴试验用引伸计的标定、GBT 10623(金属力学性能试验术语、GBT 168251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和GBT 20832金属材料试样轴线相对于产品织构的标识；增加了第3章“原理”；修改了预制疲劳裂纹的具体要求；修改了试验机的具体要求；修改了引伸计的类型，增加了裂纹尖端

3、张开位移典型的测量装置示意图；修改了试验程序中的试验速度将原标准中的附录A标题改为“疲劳裂纹尺寸和形状的控制技术”；将原标准中的附录B标题改为“表面裂纹断裂韧度试验的应力强度因子方程”。本标准的附录A和附录B为规范性附录，附录C为资料性附录。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢铁标准化技术委员会归口。本标准起草单位：钢铁研究总院、武汉钢铁(集团)公司。本标准起草人：高恰斐、周峰峦、王春旭、李荣锋、邱保文。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 7732 1987。GBT 7732-2008金属材料 表面裂纹拉伸试样断裂韧度试验方法1范围本标准规定了在连续缓慢增加的拉伸载荷下测定断

4、裂韧度试验方法的原理、术语、定义及符号、试样、试验设备及试验程序、试验结果处理和试验报告。本标准适用于具有半椭圆或部分圆形表面裂纹的金属材料矩形横截面拉伸试样。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最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GBT 228金属材料室温拉伸试验方法(GBT 228-2002，eqv ISO 6892：1998)GBT 10623金属材料力学性能试验术语(GBT 10623-20

5、08，ISO 23718：2007，MOD)GBT 12160单轴试验用引伸计的标定(GBT 12160 2002，ISO 9513：1999，IDT)GBT 168251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(GBT 16825，l一2002，ISO 75001：1999，IDT)GBT 20832金属材料试样轴线相对于产品织构的标识(GBT 20832-2007，ISO 3785：2002，IDT)3原理本试验是用来评价具有表面裂纹的板材或类似板状的结构件在服役过程中的承载能力。当服役条件和实验条件相同时，表面裂纹拉伸试验的结果可以在设计中直接应用。4术语

6、、定义和符号41术语及定义GBT 10623规定的以及下列术语及定义适用于本标准。411裂纹深度crack depth“表面裂纹前缘最深点到试样前表面的距离。裂纹深度是试样厚度的一部分。412裂纹长度crack length2f表面裂纹前缘与试样前表面相交的两点间的距离。413剩余强度residual strength矗最大拉伸载荷与试样横截面面积之比。42符号符号、单位和名称列于表1。GBT 7732-2008表1符号_及名称符 号 名 称 单 位B 试样厚度W 试样宽度L 试样测试部分长度裂纹深度加工裂纹源深度2c 裂纹长度2co 加工裂纹源长度(Bd) 试样韧带尺寸Kl 1型应力强度因子

7、 MPamKIQ 表面裂纹拉伸试样的条件断裂韧度 MPaiKk 表面裂纹拉伸试样的断裂韧度 MPamM 试样前后表面总的修正系数中 第二类完全椭圆积分FQ 条件力 NF。“ 最大拉伸力 NF岫x 疲劳预制裂纹时，循环力的最大值 NF梳。 疲劳预制裂纹时，循环力的最小值 NV 表面裂纹试样中心处的裂纹嘴张开位移剩余强度 MPaK一 疲劳预制裂纹过程中最大应力强度因子 MPamE 材料的弹性模量 MPa5试样51试样形状和尺寸典型的表面裂纹拉伸试样见图1，试样头部形状和尺寸应适应试验机夹头夹持。试样比例尺寸：wB一610；LW2。当这些宽度和长度尺寸超过实际应用尺寸时，必须用实际应用尺寸。52试样

8、制备521试样取向试样取向标记应满足OBT 20832的要求。表面裂纹拉伸试样断裂韧度与裂纹取向和裂纹扩展方向有关，试样应以两个字母标记其取向。第一个字母表示裂纹面的法线方向，第二个字母表示裂纹深度的预期扩展方向。例如X-Z表示裂纹面的法线方向为纵向，预期的裂纹扩展方向为板厚方向。标记方法如图2所示。522试样表面要求对于轧制板材试样，应保留原轧制表面，试样工作部分长度的表面不得有划伤、锈蚀等缺陷。如有特殊要求需要加工试样时，应保留一侧原轧制表面，并在该面预制裂纹，加工面的表面粗糙度Ra的最大允许值为32 p-m。2GBT 7732-2008523裂纹源为了便于疲劳预制裂纹，一般在试样进行最终

9、热处理之前，用薄片的金刚石圆锯或类似的刀具和电火花机床在试样表面中部制造一个人造裂纹源。裂纹源的加工方法不限，推荐口oB18，2coB12，并应使裂纹源根部半径不大于025 mm。裂纹源平面应与试样表面中心线垂直，偏差不大于10。524预制疲劳裂纹试样应尽可能在热处理之前预制疲劳裂纹。预制疲劳裂纹的深度应不小于025B或10 mm，取其较小者；并且疲劳裂纹的扩展量应不小于最终裂纹长度的5。在疲劳预制裂纹前缘各点的法平面上，裂纹及其加工裂纹源应位于裂纹前缘为顶点的30。楔形区域内，见图3。最小与最大循环应力之比R，应不大于01。至少在最终总裂纹深度的25时，K。E的值应不大于0000 32 m，

10、K。应根据附录B给出的公式进行计算，取表面和最深点K的最大值。x长度方向(纵向)y宽度方向(横向)z板厚方向。酬 h一2cl TA-A截面图1 典型表面裂纹试样示意图图2表面裂纹试样的取向标记3书介眵ZGBT 7732-2008图3加工裂纹源殛疲劳预制裂纹的包迹形状6试验设备61试验机611试验机应按GBT 168251进行检验，准确度等级应不低于1级。612试验机应配备力、位移的自动记录装置，并能够绘制曲线。613疲劳裂纹的预制可采用轴向拉伸、三点、四点或悬臂梁弯曲等几种方式。循环频率应低于100 Hz。614试验夹具应保证裂纹扩展对称，裂纹保持与试样平面和拉力方向垂直。62引伸计621 引

11、伸计应按GBT 12160进行检验，准确度等级应不低于1级。622引伸计应能准确测量表面裂纹中心处的裂纹前端张开位移量y。典型的测量装置如图4所示，在紧靠近裂纹处，利用点焊的方式将整体刀口点焊在试样上。也可使用其他测量方法，如光学位移法。注：引伸计的标距会对最终试验结果造成影响，建议尽可能选取小标距引伸计。4图4裂纹尖端张开位移典型的测量装置GBT 7732-20087试验程序71试样测量711试样厚度B的测量。在试样靠近裂纹部位的宽度方向的两边各测量厚度一次。精确到002 mm，取其平均值。712试样宽度的测量。在试样靠近裂纹部位测量宽度三次，精确到002 mm，取其平均值。72断裂试验72

12、1采用拉伸连续加力方式进行断裂试验，应保证名义应力(FBW)速率小于690 MPamin。722试样装夹引伸计后，应在约03Rn 2BW力以下反复加力一、二次，自动记录F_y曲线，调整记录装置的放大倍数，使曲线线性部分的斜率在13之间，Rn 2的测定应按照GBT 228的规定执行。7，23对试样连续加力至断裂，同时记录F-y曲线和记录试验中达到的最大力F。73裂纹尺寸测量测量裂纹深度a和裂纹长度2C，精确到001 mm。74试样数量对同一裂纹几何尺寸的试样，建议至少测试5件。8试验结果处理81试样的报废有下列情况之一的试样应予报废：a)表面裂纹明显不对称，不具备半椭圆特征或裂纹前缘明显不光滑；

13、b)半椭圆裂纹短轴与试样截面中心线间的偏差大于lW或05 mm，取两者中较大者c) 裂纹面与试样横截面的偏斜大于10。；d)疲劳预制裂纹的深度小于025B或10 mm，取两者中较小者。82条件力FQ的确定821 试验可能出现图5所示的三种典型的F-v曲线。图5三种典型的F_V曲线5GBT 7732-2008822 FQ的确定方法：在F_v曲线上，通过原点O作割线019，割线019的斜率比初始切线OA的斜率降低15，并与F-y曲线相交于F点，与F点相对应的力为F1s。当F1s以前曲线所对应的F。(或F1)大于或等于Fls时(图5中曲线I和)，则FQF一(或F1)；当F15以前的曲线上任意点所对应

14、的力均低于F15时(图5中曲线nI)，则FQF15。一般来说，F15对应于裂纹的条件启裂。注：为了对初次试验的材料提高测试结果精度，以确切判断材料在FQ时的条件启裂量，检查试样加力至Rs时裂纹真实扩展量血，然后作如下处理：a)如测得Aa=005 mmo1 mm，则取FQFis。b)如测得Aa01 mm，则在PV曲线图上，使剖线OD的斜率比切线OA的斜率降低10“。并与FnV曲线交于F点，与F点相对应的力为F1，则取Fb=Flo。83n的测量表面裂纹对称轴线及其两侧各01C处的三个位置上测量的裂纹扩展量的平均值，作为Aa的值。84条件断裂韧度KIQ的计算由公式(1)计算KIq：KIQ一(MC)a

15、压i式中：dFQBWM一113一。09(n。+(一。54+湍)(nB)2+05一百窘字玩+14(1。一n。24。B)4舻一1-t-1464(aC)165为便于计算，有关的M中值参见附录C。85 KI。(B)的确定851 K zQ的有效性条件当KIQ满足公式(2)、公式(3)和公式(4)的要求时，KI。(B)=KrQF一FQ12口050(KIQao2)2(B一口)050(KIQao z)2 (4)852 KI。(B)值不少于3个。86 KI。的确定用不同厚度的板材测定KI。(B)，然后作KI。(B)一B曲线，当所得的KI。(B)不随板材厚度变化时，即为材料的KI。值。87剩余强度吒按公式(5)计

16、算：arF。，BW (5)88最终结果一般应保留三位有效数字。9试验报告6试验报告一般应至少包括以下内容：a)标准编号；被测试样的屈服强度和拉伸强度；试样的裂纹平面取向；试验温度和环境；试样尺寸：厚度B、宽度、试样测试部分长度L裂纹的起始尺寸；预制疲劳裂纹过程中的最大应力强度因子K疲劳裂纹深度n和疲劳裂纹长度2c；试验过程中的最大拉伸力和剩余强度以；Kk或KI。(B)值；断口形貌。GBT 7732-20087”o曲oD妙”DpbGBT 7732-2008附录A(规范性附录)疲劳裂纹尺寸和形状的控制技术疲劳裂纹尺寸和形状的控制有以下两种方法。A1方法一方法一是通过改变初始裂纹源尺寸和形状或改变应

17、力场，或者两者都变化，以达到满足最终外形的要求。在轴向拉伸试验中，裂纹从模拟点缺陷以近似半圆的形式扩展；在弯曲试验中，裂纹以更高的椭圆度形式扩展。两种传播路径近似为公式(A1)(轴向拉伸试验)和公式(A2)(弯曲试验)：ac=102(aB)2 (A1)acl一(B) (A2)当aBo7时，裂纹将以上述两种形式路径扩展，那些不在扩展路径上的裂纹将随着进一步的循环加载而趋近于上述路径。A2方法二方法二是采用一个很尖的初始裂纹，初始裂纹非常接近最终期望尺寸。如果疲劳裂纹仅扩展一个非常小的距离，裂纹形状改变不大。这种方法表面上看起来简单一些，但对试验员要求较多的经验。首先表面起始缺口应足够宽，但不应违

18、反52的要求，以便能观察到裂纹根部。当在整个起始切口都能看到疲劳裂纹时，立即终止疲劳裂纹的预制，最终的疲劳裂纹通常能够满足52的要求。8附录B(规范性附录)表面裂纹断裂韧度试验的应力强度因子方程GBT 7732-2008到目前为止，对于有限尺寸板状试样上的半椭圆表面裂纹尖端的应力强度因子仍没有精确解。但通过有限元计算拟合得到应力强度因子的近似解，而且近似解在nC和口08B条件下足够精确。在均匀拉伸应力at下，裂纹边缘最深点处的应力强度因子应满足公式(B1)，表面附近的应力强度因子应满足公式(B2)：裂纹边缘最深点处：Ka,磊一M垭裂纹表面附近：K吼n一(M西)s (B2)式中：M一113一o0

19、9(ac)+一o54+o89o2+(ac)_1(aB)2+05一o65+(ac)_1+14(1-ac)24)(aB)4妒一1+1464(ac)1 65s一瓜在名义弯曲应力下，裂纹边缘最深点处的应力强度因子满足公式(B3)，表面附近的应力强度因子满足公式(B4)：裂纹边缘最深点处：Kn一(M西)H2裂纹表面附近：Kab“口一(M西)SHl(B3)(B4)式中：Hz一1一122+o12(ac)(aB)+Eo55105(ac)o+75+o47(ac)1 5(aB)2H11一Vo34+o11(ac)(aB)图B1中的曲线描述了公式(B1)与公式(B2)相等时对应的=B和nc值；以及公式(B3)与公式(

20、R 4)相等时对应的aB和ac值。在相应曲线的上方，裂纹表面处的应力强度因子较大；在相应曲线的下方，裂纹最深点处的应力强度因子K较大。9GBT 7732-200810号图B1 在裂纹表面和最深点处应力强度因子相等时对应的口c和aB值附录c(资料性附录)彤雪值GBT 77322008 O400 O410 0420 0430 O440 0450 O460 O470 O480 O490 0500O400 1 072 4 1078 O 1083 6 1089 4 1095 2 1101 2 11071 1-113 2 1119 3 1125 5 1131 70410 1065 O 1068 4 107

21、3 9 1079 5 1085 2 1090 9 1-096 7 110Z 5 1108 4 1114 4 1120 4O420 1053 8 10591 1064 4 1064 8 1-075 3 1080 6 1086 4 10921 1097 8 1 103 6 1109 4O430 1044 7 1049 8 1055 0 1060 2 1065 5 1070 9 1076 3 1081 8 1087 3 1092 9 1098 5O440 1035 8 1040 7 1045 7 1050 8 1055 9 106Il 1066 4 107l 7 1O?7 O 1082 5 1087

22、 90450 1027 0 1031 8 1 036 6 104l 5 1046 5 1051 5 1056 6 1_061 8 1066 9 1077 2 1077 5O460 1018 3 1022 9 1027 6 1032 4 1037 2 10421 1047 O 1052 O 1057 0 10621 1067 2O470 1009 8 1014 2 1018 8 1023 4 1_0281 1032 8 1037 6 1042 4 1047 3 1052 2 10571O480 1001 3 1005 7 10101 1014 5 10191 1023 6 1028 3 1032

23、 9 1037 7 1042 4 1047 20490 0993 O O997 2 1-001 5 1005 8 1010 2 1014 6 10191 1023 6 1028 2 1032 8 1037 5O500 0984 8 0988 9 0993 O O997 2 l 001 5 1005 8 10101 1014 5 1018 9 1I 023 4 1027 9O510 0976 7 O980 7 0984 7 0988 7 0992 9 O997 0 1001 2 1005 5 1009 8 10141 1018 50520 O968 7 O97Z 5 O976 4 0980 4

24、O984 4 0988 4 O992 5 O996 6 1OOO S I005 O 1009 20530 0960 8 0 964 5 O968 3 09721 0976 O 0979 9 0983 9 O987 9 0991 9 0996 0 100010540 O953 O 0956 7 0960 3 0964 0 O967 8 O971 6 0975 4 0979 3 0983 2 O 987 l O 991 1O550 O945 4 O948 9 O952 4 0956 O 0959 7 0963 3 09671 O970 8 0974 6 O978 4 O982 3O560 O937

25、 8 O941 2 0944 6 O9481 O951 7 0955 2 O9S8 8 O962 5 0966 2 0969 9 0973 60570 0930 3 O933 6 0937 O O940 3 0943 8 O947 2 O9SO 7 0954 3 0957 8 O961 4 0965 OO580 O922 9 O9261 0929 4 O932 7 O936 O O939 3 O942 7 O946 2 O949 6 09531 0956 60 590 O915 7 O918 8 092l 9 09251 O928 3 O931 6 0934 9 0938 2 094l 5 0

26、944 9 O948 30600 O908 5 O 91l 5 O914 5 0917 6 O920 7 0923 9 09271 0930 3 O933 6 0 936 8 09401淡 0500 0 O510 0 O520 0 0530 O 0540 O O550 O 0560 0 0570 O 0580 0 O590 0 O600 OO400 1131 7 1137 9 1144 2 1_150 6 1156 9 1163 3 1169 7 1176 2 1182 6 11891 1195 5O410 1120 4 1126 5 1132 9 1138 7 1144 8 1151 0 1

27、157 Z 1163 4 1169 7 1175 9 11821O420 1_109 4 1115 Z 11211 11271 1133 O 1139 O 1145 0 1151 O 1157 O 1163 O 116910430 1098 5 1104 2 1_109 9 1115 6 l-121 4 1127 2 1133 O 1138 8 1144 6 1150 5 1156 3O440 1087 9 1093 4 1098 9 1104 5 1110 O 1115 6 1121 Z 1126 9 1132 5 11381 1143 8O450 1077 S 1082 8 10881 1

28、093 S 1098 9 I104 3 1109 7 1115 2 1120 6 I1261 113l S0460 1067 2 107Z 3 1-077 5 1082 7 l-087 9 1093 2 1098 4 1103 7 1109 0 1114 Z 1-119 5O470 10571 1062l 10671 1072l 1077 2 1082 3 1087 4 1092 5 1097 6 1102 7 1107 7O480 1047 2 1052 O 1056 9 1061 8 1066 7 107l 6 1076 5 1081 4 1086 4 1091 3 1096 20490

29、1037 5 10421 1046 8 1051 6 1056 3 10611 1065 8 1070 6 1075 4 1080 2 1084 90500 1_027 9 1032 4 1037 0 104l 5 10461 1050 7 1055 4 1060 O 1064 6 1069 2 1073 90510 1018 5 1022 9 1027 3 1031 7 1036 2 1040 6 10451 1049 6 1054 O 1058 5 1063 00520 1009 2 1013 5 1017 7 1022 0 1026 3 1030 7 1035 O 1039 3 1043

30、 7 1048 O 105Z 3O530 10001 1004 2 1008 4 1012 5 1016 7 1020 9 1025 7 1029 3 1033 5 1037 7 1041 90540 O9911 0995l O9991 1003 2 1007 2 101l 3 101S 3 1019 4 1023 5 1027 5 103l 6O550 O982 3 O986 2 O9901 0994 O O997 6 1001 8 1005 8 1009 7 1013 6 1017 6 1021 5O560 O973 6 O977 3 09811 0984 9 O988 7 O992 5

31、0996 3 1000 2 1_004 0 1007 8 1011 6O570 0965 0 O968 7 O972 3 O976 0 O979 7 0983 4 O9871 0990 8 O994 5 O998 2 1001 9O580 O956 6 09601 O963 7 O967 2 O970 8 0974 4 O978 O 0981 6 O985 2 0988 7 O992 3O590 O948 3 0951 7 O955 2 0958 6 O9621 0965 6 O969 0 0972 5 0976 0 O979 5 O982 90600 09401 O943 5 O946 8 O9501 0953 5 0956 9 O960 2 O963 6 O967 0 O970 3 O973 7