GB T 15970.6-2007 金属和合金的腐蚀.应力腐蚀试验.第6部分 恒载荷或恒位移下的预裂纹试样的制备和应用.pdf

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1、ICS 77 060H 25 囝囵中华人民共和国国家标准GBT 1 59706-2007IS0 75396：2003代替GBT 1 59706 1 998金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第6部分：恒载荷或恒位移下预裂纹试样的制备和应用Corrosion of metals and alloys-Stress corrosion testingPart 6：Preparation and use of precracked specimens for testsunder constant load or constant displacement200705-14发布(IS0 7539-6：20

2、03，IDT)2007-12-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等右中国国家标准化管理委员会仅111刖 吾GBT 159706-2007ISO 7539-6：2003GBT 15970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(GBT 1 59701 1995)；第2部分：弯梁试样的制备和应用(GBT 1 59702 2000)；第3部分：u型弯曲试样的制备和应用(GBT 159703 1995)；第4部分：单轴加载拉伸试样的制备和应用(GBT159704 2000)；第5部分：c型环试样的制备和应用(GBT 159705一1998)；第6部分：恒

3、载荷或恒位移下预裂纹试样的制备和应用(GBT1 59706 2007)；第7部分：慢应变速率试验(GBT 1597072000)；第8部分：焊接试样的制备和应用(GBT 1597082005)；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(GBT 1597092007)。本部分等同采用国际标准ISO 7539 6：2003金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验第6部分：恒载荷或恒位移下预裂纹试样的制备和应用。本部分作了下列编辑性修改：删除国际标准前言。本部分代替GBT 1597061 998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。本部分与GBT 1 59706 199

4、8相比主要变化如下：删除了与渐增载荷或渐增位移有关的内容；增加了残余应力和电极电位变化对试验结果的影响；增加说明了试样制备时残余应力可能带来的影响；对环境因素的影响进行了较为详细的阐述；对环境试验箱及环境控制和监测进行了详细的说明；增加了附录B裂纹扩展速率的测定。本部分附录A和附录B均为规范性附录。本部分由中国钢铁工业协会提出。本部分由全国钢标准化技术委员会归口。本部分起草单位：钢铁研究总院、冶金工业信息标准研究院。本部分主要起草人：王玮、金明秀、柳泽燕、冯超。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 1 59706 1998。GBT 1 59706-2007ISO 7539-6：2003

5、金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验第6部分：恒载荷或恒位移下预裂纹试样的制备和应用1范围11 GBT 1 5970的本部分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。给出了用于研究应力腐蚀敏感性的预裂纹试样的设计、制备和使用建议。有关切口试样的推荐意见参见附录A。本部分所用的“金属”一词，也包括合金。12因为在裂纹尖端要求维持弹性约束状态，所以预裂纹试样不适合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。13预裂纹试样可用恒载荷设备加载，或用可在施力点产生恒定位移的装置加载，渐增载荷和渐增位移试验在GBT 1

6、59709中介绍。14预裂纹试样突出的优点是：从所测得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，如果缺陷尺寸超过临界值，就会产生应力腐蚀破裂。预裂纹试样还可以用于测定应力腐蚀裂纹的扩展速率。在监控正在使用的有缺陷的部件时，可以考虑近期的数据。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 15970的本部分的引用而成为本部分的条款。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部分，然而，鼓励根据本部分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部分。GBT 1 59701 金属和合金的腐蚀应力腐蚀试

7、验第1部分：试验方法总则(GBT 1 597011995，idt IS0 7539 1：1 987)GBT 201 202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(GBT 2012022006，ISO 11782 2：1998，IDT)3术语和定义GBT 15970，1确立的以及下列术语和定义适用于本部分。31裂纹长度crack length有效裂纹长度的测定是从裂纹尖端到试样缺口或到加载点轴线，具体取决于试样的几何形状。32试样宽度specimen widthW有效宽度的测定从试样的背面到缺口面或者是到加载平面，具体取决于试样的几何形状。33试样厚度specimen t

8、hicknessBGBT 159706-2007IS0 7539-6：2003试验试样从一面到另一面的尺寸。34开侧面槽后，试样厚度的减少reduced thickness at side grooves上；。在侧面槽试样上，两个面上的槽之间的最小尺寸。35试样半高specimen half-heightH对于紧凑拉伸、双悬臂梁和改进楔型张开加载试样，平行于加载方向测量的试样高度的50。36施加的载荷loadP施加在试样上的载荷，如果方向是使裂纹面分离，认为是正的。37加载点轴线上的挠度deflection at loading point axisVlI对恒位移试样施加载荷期间，在加载线上产

9、生的裂纹张开位移。3 8偏离加载线的挠度deflection away from the loading lineV。在对恒位移试样施加载荷时，在远离加载面的位置产生的裂纹张开位移，如在缺口的刃形边缘上。39弹性模量modulus of elasticityE在张力中弹性模量(即应力应变)。310应力强度因子stress intensity factorK。是外加载荷、裂纹长度和试样几何尺寸的函数，具有应力丽的量纲，专门用来确定张开型位移(模型I)试样裂纹尖端的弹性应力场的增强。注：假设实际开裂体的裂纹尖端的塑性区域尺寸与裂纹长度和未开裂带长度相比较小，发现假设试样仅弹性响应下汁算出的应力强度

10、因子1 o实际的开裂体的行为是相关的。在本部分中，模型l是假设的下标I给出提示。311初始应力强度因子initial stress intensity factorKj应力腐蚀试验开始时施加的应力强度。312平面应变断裂韧性plane strain fracture toughnessKhKi的界限值。在塑性变形的高约束条件下，在应力强度不断增加的影响下，当K。到该临界值时，将产生与环境无关的快速裂纹扩展。GBT 1 59706-2007IS0 75396：2003313暂定的K J。值provisional value ofKj。Ko当满足平面应变为主导的有效判据时，K。=K。314应力腐蚀

11、破裂敏感性的界限应力强度园子threshold stress intensity factor for susceptibility tostress corrosion crackingKI scc在塑性变形的高约束条件下的给定试验条件下，即在以平面应变为主的条件下，当应力强度因子高于Kl。时，会产生应力腐蚀裂纹的萌生和扩展。315暂定的Kl值provisional value of KIK。c当满足平面应变为主的有效判据时，K。“cK-*c。316最大疲劳应力强度园子maximum stress intensity factorK在循环中的应力强度因子的最高代数值，相对应最大载荷。3170

12、2规定非比例延伸强度02proof strength，nonproportional extensionRm：表示规定非比例延伸率为02时的应力。318外加应力applied stress来自于对试样施加的载荷产生的应力。319应力强度因子系数stress intensity factor coefficienty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。此系数将给定裂纹长度的应力强度因子与载荷和试样尺寸相关联。320疲劳载荷比load ratio in fatigue loadingR在一个循环周期内，最小载荷与最大载荷代数比值。R一朵一急 p 3 21开裂速率crack vel

13、ocity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。322平均裂纹扩展速率average crack velocity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。GBT 1 5970 6-2007ISO 7539-6：2003323试样的取向specimen orientation第一按加应力的方向，第二按裂纹扩展方向标志试样的破断平面。并用字母x、y和z乏个参考轴加以表示。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与晶粒流变方向一致(纵轴)；fi y则垂直于x轴和z轴。4原理41 要确保构件在加T制作或随后的使用过程中不产生裂纹状的缺陷是困

14、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。42对机械切I-I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网子K【一和裂纹扩展动力学来定量地确定产牛环境加速裂纹扩展的条件。43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什内的应力不足以在预先存在的缺陷部位引发环境诱导开裂，或者是在设计寿命或检查周期内确保裂纹扩展量

15、小会造成失稳破坏的危险。44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。45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。试样中的残余应力梯度可导致沿裂纹前端非均匀扩展。5试样51 总则511 凡在断裂韧性试验中，所采用的大范围的标准斌样几何尺寸都可以使Jtj。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。512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

16、制，断裂韧性试验的经验表明，为_厂测得正确的K-。值，试样的裂纹长度“和厚度B都不能小于25(Kl。R。：)：。为保证足够的约束，应尽可能使用大试样，其“和B至少等于4(KI。R。)!。从断裂力学的观点看，此时不能具体规定可得到恒定Kt“。值的最小试样厚度。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：d和B不小于25(K1RH_)：最好不小于4(K rRc：)。式中的Kl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(1)中的K其有效性。“(i

17、)(2)以检验513如果试样是用来测定KI”c，那么初始的试样尺寸可按材料K。c的估计值来考虑(片始最好将K。值估计得高一点，因此采用较实际需要大一此的斌样)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K。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，试样尺寸廊按测定裂纹扩展速率的最高应力强度估计值确定。4GBT 1 59706-2007IS0 75396：2003514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，自身加载；l，) 用于恒载荷试验

18、的试样，此类试样需要外部加载装置加载。515 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Ksc。在此情况下，必须采用一组试样来精确测定临界值，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516条所述恒位移方法的缺点，常建议采用几个试样(不少于3个)。516恒位移试样的缺点：a) 只能通过位移的变化间接测定外加载荷；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

19、所加的位移和载荷值，也会阻塞裂纹13，从而阻碍了腐蚀介质的进入，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) 在裂纹扩展期间，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；g) 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。517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

20、纹长度的测定可以很方便地采用许多连续监测方法进行。恒载荷试样的几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Kl。或者测定裂纹扩展速率。前者，足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。518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，但是对于受拉伸加载的试样，则要求使用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

21、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。52试样设计521 图1列出一然应力腐蚀试验中采用的预裂纹试样的几何形状。522恒载荷试样叮以有两种不同类型：a) 应力强度随裂纹K度的增加而增加型；b) 应力强度实际上与裂纹长度无关型。a)型试样适于测定K。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。523增K的恒载荷试样可以承受拉伸或弯曲载荷。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一类远拉伸型试样

22、)或者包含显著的弯曲应力成分(像紧凑拉伸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。524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，如恒伉的双悬臂GBT 159706-2007IS0 75396：2003试样。虽然以拉伸加载，但后一种试样产生裂纹线弯曲，使裂纹扩展具有偏离平面的倾向。这种现象可以通过开侧面槽得到抑制。525恒位移试样，通常借助装在试样一个臂上的加载螺栓，顶住另一个臂上的固定平台进行自加载，或者是两个臂上的两个

23、螺栓相对进行自加载。可使用两种类型：a) (w一“)有影响试样，如改进楔形张开加载(改进WOI)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。h) (w一“)无影响试样，如双悬臂梁DCB试样。这类试样的端面远离裂纹尖端，从而保证r端面位置对裂纹尖端的应力场几乎不产生影响。526上述几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。用于恒载簿，试验费用低；b) 紧凑拉伸(CTS)试样，用于恒载荷试验，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) 改进楔形张开加载(改进wOI。)试样

24、，对于恒位移试验，也可自加载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。上述各类标准试样的设计详图分别如图2图6所示。恒栽荷。赢_1。紧凑捕伸(CTS)三点弯妊双扭转扳塔形取忿臂粱恒位移K降低裂纹线弯曲(D (*“)有影响 无影响改进楔形张开加袭c肆进w。【) 墨2霪署注：在出版的文献中可得到试样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啭一吣咚渊铷，r杰掣GBT 1 59706-2007IS0 75396：2003527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7所示的人字

25、形切口试样。必要时，此缺口的角度可以从90。增加到120。528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，安装引伸计的刀口可以加I一成如图8a)所示的切口，切口可以分别用螺钉拧紧或者牯到试样切口的相对的两侧，如图8b)所示。图9展示了一种适用的锥形梁引伸计详图。l雌i X目d+2+5 2w+5单位为毫米宽度一W厚度B一0 5W切口宽度一0 065W最大(如果W2-，25 mnl)或】5 mm最人(如果25 mm)有效切口长度z一0 25w045W有效裂纹长度045wo 55W图2悬臂梁试样的比例尺寸和公差(；BIT 159706-2007ISO 7539-6：20038一单位为

26、毫米耕钐骤， 、 鬟 l IL ： I I“o影固兮多 -kH Y，I -一 。 X嘲r X d+|jj k 影黝囱W4-0494 占士n 8C咽净宽度一W总宽度c一125W最小厚度B一05W半高H一06WL直径D一025WL外边缘之间距离的一半F一16D切口宽度N一0065W最大有效切口长度z一025W040W有效裂纹长度d一045W055W圈3 紧凑拉伸试样的比例尺寸和公差GBT 159706-20071SO 7539-6：2003单位为毫米1卜 ”秒厉 习 l詈I 瞪 C。吁 II 01 。 一卜 “。拶l l|厶自 乏1 ll N ” 出 当l螺栓端部半径1 2550。半高一H厚度B一

27、2H净宽=10H最小总宽CW+d螺栓直径dO75H最小缺口宽度N一0 14H最大有效缺口长度f一2H注1：“A”面相互平行和垂直，偏差在0002H范围内(H为读数值)。注2：在每个面上“B”点与表面的顶部和底部等距离，偏差在0 001H范围内(H为读数值)。注3：螺钉中心线垂直于试样中心线，偏差1。注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4双悬臂梁试样的比例尺寸和公差GBT 159706-2007ISO 7539-6：2003单位为毫米I(影W0 4 日08B2f I 磊漾 鍪 l； 萋+l迁l f n 、 乏 ： 火 鬟装+ 墨 黝+lk8全部。厚度一B净宽度一w2 5

28、5B总宽度C一320R半高H一1 24B孔直径D=0 718B0 003B有效缺口长度L一077B缺口宽度N一006B螺钉直径T-0625B孔中心线到缺门中心线距离F-0 239B注1：表面相互平行和垂直，偏差在0002H范围内(H为读数值)。注2：螺钉中心线垂直于试样中心线，偏差1。注3：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5 改进楔型张开加载试样的比例尺寸和公差GBT 1 59706-2007IS0 7539-6：2003单位为毫米净宽度一W厚度B一050W0 01wL轴线到内径切线距离X一0 50W土0 005W缺口宽度N15 mm最小(01W最大)缺口长度，一03W

29、孔轴线到试样面距离Z一0 2jw001W孔轴线到外表面距离1、=0 25W001WL直径D一0 25w0 000 5W注：全部表面都平行和垂直，偏差在0 002W范围内(W为读数值)，“E”表面垂直于“y”向偏差在0 02W范围内(W为读数值)。图6 C型试样的比例尺寸和公差GBT 159706-20071S0 75396：200312单位为毫米“n 问 釜2+52w+58用60。刀具铣，对于全部试样，缺口根部半径最大o3 mm图7人字形缺口a)整体的形式GBT 1 59706-2007ISO 75396：2003 l l II注：具有适当的强度以保证刀口用粘合剂固定。b)螺钉形式图8引伸计刀

30、口位置3GBT 1 59706-2007IS0 75396：2003_。_一目艇 )?b奔、_J。毒a)试样上安装的引伸计琳l丫Nh)梁的尺寸单位为毫米图9锥形梁引伸计详图奄GBT 159706-2007IS0 75396：2003c)桥式测量电路a 此处尺、r应为最小初始标准长度的3 8倍。b粱厚度的斜度为0 50 8。注：应选择应变计及材料以适应试验环境。图9(续)53应力强度因子531 用弹性理论aT以汪明，作用于不同形状的试样或构件的裂纹尖端的应力强度因子可以用公式(3)表示：KIQ口“ (3)式中：Q几何常数；a 外加应力；“ 裂纹长度。532对于特定几何形状和加载方法的试样，Kl的

31、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。533通过无量纲的应力强度因子系数Y，可L_Jtg Ki值。该系数与用aW或对于(w n)的无影响的试样用“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，其关系式见公式(4)：对于T型楔形张开加载试样见公式(5)K，一堡B。F扩K一坚13 oH(4)(5)GBT 159706-2007IS0 75396：2003对于双悬臂梁试样见公式(6)：K，一上堡 。BH534为了抑制裂纹分叉，可采用浅的侧面槽(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

32、50试样厚度的半圆侧面槽，有时也不一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B。由于开槽对应力强度的作用可在上面公式中用BB。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。535图10图14给出了应力腐蚀试验常用试样的应力强度因子系数y的解。f一H七单位为毫米；|；拍：I f：B矿 EVLLH3H(n+06H)2+H3”一可再干瓦面了可石广注：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2旨5的范围内使用为确有把握，推荐使用一种经验柔度指标。图10

33、双悬臂梁试样(w一口)无影响的应力强度因子解GBT 159706-20071SO 7539-6：2003钆1 尊lfff o毒l8 V，剐性螺钉的裂纹张开位移(COD)是恒量(g-91)。Kt一器式中：Y=30。s(号) +730e(号)3+，-se。(号)4+754s(斋)i ll|i注：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斋o8的范围，为了更有把握推荐使用一种经验柔度指标。图11 改进楔形张开加载试样的应力强度因子解7GBT 15970，6-2007IS0 7539-6：200318P。f l ) V aL_L 釜f力矩M=PSIKl一丙YP帚

34、此处当s一15w的情况下y一621注：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性，但它适用于02参o6的范围，为了更有把握，推荐采用经验柔度指标。图12悬臂弯曲试样的应力强度因子解K一坠 BW式中：886+464(茜)一1332(茜)“+1472(茜)456(茜)4注：此公式在o 2斋10范围内使用，其准确度为o5。图13紧凑拉伸试样的应力强度因子解涛K，：j堡BW式中：y一(1823斋1上o 22(GBT 159706-2007ISO 75396：2003z据+3977据一。据+3691据)1扎st扣s斋)括)(，一虽)注：这个公式在o45茜o55

35、的范围内使用，准确到1。然而，当o斋o7和o昔l情况下，在o3品o 7范围内，其准确度达2。图14 C形试样的应力强度因子解19GBT 1597062007ISO 7539-6：200354试样制备541残余应力对应力腐蚀破裂有影响，对切取试样的材料不能进行完全的应力释放时，影响明显，例如焊接件、淬火材料和复杂的锻造或挤压形状。残余应力加上施加的应力可使局部裂纹尖端的应力强度因子与单独由外加载荷计算出的有所差别。残余应力的存在经常表现出不规则的裂纹扩展，即裂纹前端弯曲或非同一平面裂纹成长，这一般暗示残余应力在影响行为。考虑测量残余应力。542对有取向要求的试样(见图15)应尽可能在完成热处理后

36、机加工。对完成热处理后难以进行加工的某些材料，最后一道热处理必须在开缺口和精加工前进行。该种情况下应考虑到最终机加工阶段，每个面至少要去掉05 mm厚度。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，不会产生残余应力及淬火裂纹或者变形。543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。5。5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，或在乎行于切口的端面上

37、。6疲劳裂纹的萌生和扩展61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在25以内。62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影响其在以后应力腐蚀试验中的行为。对于某些材料，在预制裂纹操作时，引入应力腐蚀试验环境，将促使裂纹从一般的塑性穿晶疲劳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，sc。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于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，由于腐蚀疲劳破断形式对循环加载格外敏感，因此试验结果

38、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目的，要求更完备的疲劳试验装置。为此，建议除非相关双方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00I的疲劳载荷预制裂纹，直到裂纹至少在侧面越过切口25W或125 mm(选用两者中的较大值)为止。裂纹可以在比预期KI一高的KI值下开始，但在裂纹扩展的最后05 mm，疲劳裂纹要在尽可能低的最高应力强度下完成(低于预期的K，scc值的60)。注：当期望低的Kl孵c值时，GBT 201202中描述的卸载程序也许有益。64最终的疲劳裂纹长度，要满足平面应变条件，见公式(7)：，R-、2口25(

39、击二Ll (7)、曲27当最终aw的比值处在045055的范围内时条件最佳(wn)无影响试样除外。20GBT 159706-20071S0 75396：2003a)基础的破裂平面标志：矩形截面8晶粒流向。1) 径向晶体流向：轴向加工方向 2)轴向晶体流向：径向加工方向b)基础破裂平面标志：圆柱截面c) 非基础破裂平面标志图15破裂平面标志。|l：2lGBT 159706-2007ISO 75396：200365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16所示弯曲和拉伸试样的包络线内，例如对于有效的弯曲或拉伸试样，如果包络线的顶点位于疲劳裂纹的尖端，整个机械切口应位于图16

40、c)中的包络线内。66为了确保应力强度分析的有效性，应该检查试样两个侧面上疲劳裂纹，以保证疲劳裂纹面不得偏离切口平面10。以上，长度差值不得超过5W。67在GBT 201202中有关于疲劳预制裂纹方法的更多的指导。7试验步骤71 总则试验之前测定试样厚度B和宽度w或(w a)无影响试样半高H，精确到01w(或H)以内，测量线离裂纹平面不能大于10w(或H)。还要测定试样两侧面上疲劳预裂纹的平均长度。并用该值估计产生期望的初始应力强度K，所需载荷(参见GBT 159701)。72环境因素721 因为金属环境交互作用的特殊性，有必要在严格控制的环境条件下进行应力腐蚀裂纹扩展试验(见723和724)

41、。722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。723重要的环境因素有电极电位、温度、溶液组分、pH、溶解气体的浓度、流速和压力。GBT 1 59701给出了有用的背景信息。与气体有关的环境中，一个关键的因素是气体的纯度。724试验可在开路条件下进行，在此条件中金属的电极电位依赖于特定的试验环境条件，其中充气程度是一个重要因素。替代之一，可用恒电位仪或静电计方法测的开路值代替电极电位。725施加外电流的辅助电极应设计成在试样上产生均匀的电流分布，即恒定的电极电位。726实际操作时，建议试样与试验环境接触后再加载。否则，试样在加载后应尽快地暴露到

42、试验环境中。73环境试验箱731 环境试验箱应能完全封闭试样的试验部位。夹持部位尽可能避免与溶液环境接触，防止电池效应和缝隙腐蚀。这些问题可通过使用图1 7所示的局部的环境槽解决，环境在缺口、预裂纹和预期的试样裂纹扩展区域循环。在试样从试验槽的伸出处也可发生缝隙问题，可通过合适的槽设计或在这样位置使用防护涂层解决。如果期望完全浸没在腐蚀剂中，加载点应进行腐蚀防护。如果这不可行，可采用合适的措施，如相似的金属、电绝缘或涂层。732要求足够的溶面比(依赖于反应速率和暴露时间)和必要的循环系统。对于施加电位或施加电流的条件，为了限制电极反应产物产生的任何效应，电极间设置分离隔板。在考虑应力腐蚀破裂机

43、制时，应当注意随裂纹长度增加，在应力腐蚀裂纹尖端的恒电位控制可遭受更大的变化。8试验段边缘。b试验段加载线。GBT 159706-2007IS0 7539-6：2003a)弯曲试验段b)拉伸试验段c)弯曲或拉伸试验段图16切口和疲劳裂纹的包络线极限尺寸和形式23GBT 159706-2007IS0 7539-6：2003733 推荐环境试验箱和循环系统使用非金属材料，这些材料应为惰性。注意玻璃和某些塑料在高温时不是惰性，在有必要使用金属试验箱时，为防止电池效应，应与试样电绝缘。734对于气体环境试验，应首选全金属试验箱。1位移转换器2一溶液出口；3溶液进口。8载荷。b溶液流。图17研究断裂机制

44、试样的典型环境槽布局74环境控制和监测741在试验期间，要求对试验环境进行监控和控制。在非缓冲体系中，用自动pH值控制系统维持pH值恒定。否则，应评价pH值的变化对裂纹成长的影响。742在对大气开放体系中，可通过向溶液中空气鼓泡维持充气。在封闭系统中，要求监控。因为流动能影响电极电位，如影响氧的流通和裂纹里与溶液之间的物质传输，试验使用的流速应模拟实际使用的条件。在后一种情况中，相对裂纹的流动方向可能是重要的。应考虑对裂纹侧面密封以限制人为的沿厚度方向的传输，但也许引进局部缝隙问题。743强烈建议使用合适的参比电极测量电极电位。在测量电位时，应注意限制JR降。溶液温度应控制在2范围内。24GB

45、T 1 59706-20071S0 7539-6：200375用裂纹终止法测定KI scc751 用裂纹终止法测定Kscc，可使用恒位移试样。原则上单个试样就可以解决问题，但为了减少产生错误结果的可能性，仍建议使用多个试样。752用裂纹终止法测定K。时，应将预裂纹试样固定在卡具上，并尽可能将试验介质加到切口根部区域。753旋转螺栓使试样臂挠曲达到预先给定K1值，此值要高于预计的Kl scc值，必须避免过高的挠度。加载线上的挠度V。与通过切口边缘上的引伸计测得的挠度砜按图18说明方法换算。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 mVmm。引伸计应有好的线性度，当位

46、移05 mm时，与真值偏差不能大于0003 mm，而对于更大的位移，偏差不大于记录值的1。在进行载荷位移校正后，对试样加载直至加载水平，不能超过应力腐蚀试验的预期值。对于(wn)无影响的DCB试样，为了给出某一应力强度KI所需要的挠度，在给定的nH值下，能够从图10所示的KI和V。之间的关系计算出来。对于受(wn)支配的改进WOL试样，需要专门的柔度定标知识，以采用图11给出的关系来计算在特定的裂纹长度比nw下，产生给定应力强度值所需的挠度。光滑的和侧面开槽的改进WOL试样的典型柔度定标曲线如图1 9所示。加载之后应去掉引伸计。754一旦试样与介质接触，就开始监测裂纹长度随时间的变化关系，可以

47、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，应力强度因子下降。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，终止后的K【值即为K J。然而，通常裂纹以一种极低的速率扩展，而Kl“c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体考虑的金属与环境体系，并且相关双方之间的意见必须一致。对于高强度合金，速率约为10 7 rams。但是实际经验表明，应力腐蚀裂纹能够在速率低于10_9 mms的速度下扩展。如果KI一值能近似知道，那么可以通过使KI值接近KI一值的旦嚼龇一礼腆气辅张GBT 159706-2007IS0 7539-6：2003办法来大大缩短裂纹终止