GB/T 15970.6-1998 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

GB/T15970.6-1998

前言

本标准等同采用国际标准ISO7539-6:1989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/T1597。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/T15970.1-1995):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/T15970.3-1995);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/T15970.5-1998),C型环试样的制备和应用:

第6部分(GB/T15970.6-1998);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/T12445.1-1990((高强度合金双悬臂(DCB)试样应力腐蚀试验力

法》,GB/r12445.2-1990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/T15970.6-1998

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ISO7539-6由ISO/TC156“金属和合金的腐蚀”技术委员会制定

ISO753。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/T15970.6-1998

引言

本标准是GB/T1597。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，都要求阅读GE/T15970.1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N*i的指导性意见

中华人民共和国国家标准

GB了'r15970.6--1998

金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验idtISO7539-6:1989

第6部分:预裂纹试样的制备和应用代替G3iT12-11}}.1

二〔B了1}2衬二.2

GIii下IE曰}.:3

Corrosionofmetalsandalloys-Stresscorrosiontesting

Part6:Preparationanduseofpre-crackedspecimens

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/T15970.1-1995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/T15970.1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xr}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vf1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/T15970.6-1998

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Ks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

3.190.2%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Kisec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

GB/T15970.6-1998

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.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

es/T15970.6--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xK降低

拉伸加载弯曲加载门

远拉伸裂纹线专曲远弯曲远弯曲裂纹线弯曲裂纹线弯曲

卜一一—

紧凑拉伸双扭转板塔形双悬臂(W-a)W(-e)

中心裂纹板(CTS)三点弯曲有影响尤形咧

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

GBiT15970.6-1995

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