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标准编号 | GB/T 15970.7-2017 (GB/T15970.7-2017) | 中文名称 | 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 | 英文名称 | Corrosion of metals and alloys -- Stress corrosion testing -- Part 7: Slow strain rate testing | 行业 | 国家标准 (推荐) | 中标分类 | H25 | 国际标准分类 | 77.060 | 字数估计 | 14,179 | 发布日期 | 2017-10-14 | 实施日期 | 2018-07-01 | 起草单位 | 江苏省产品质量监督检验所、冶金工业信息标准研究院、江苏亚星锚链股份有限公司 | 归口单位 | 全国钢标准化技术委员会(SAC/TC 183) | 提出机构 | 中国钢铁工业协会 | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 |
GB/T 15970.7-2017
Corrosion of metals and alloys - Stress corrosion testing - Part 7: Slow strain rate testing
ICS 77.060
H25
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 15970.7-2000
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
(ISO 7539-7:2005,MOD)
2017-10-14发布
2018-07-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
前言
GB/T 15970《金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验》分为以下部分:
---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: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:C型环试样的制备和应用;
---第6部分:恒载荷或恒位移下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。
本部分为GB/T 15970的第7部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 15970.7-2000《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》,与GB/T 15970.7-2000相比主要技术变化如下:
---修改了引用标准;
---增加了断裂塑性应变的定义;
---修改了断后伸长率、断面收缩率和应变速率的定义;
---增加了每组试样数量的说明;
---增加了对试剂的要求;
---删除了“如果为了缩短在很慢应变速率下试验的总试验时间,需对试样进行预加载荷”的说明;
---增加了环境因素重要参数的说明;
---增加了影响金属电极电位的说明;
---增加了对产生外部电流的辅助电极的规定;
---增加了溶液体积与试样表面积比例的要求;
---增加了用断裂塑性应变来评定应力腐蚀破裂的敏感性;
---增加了断裂塑性应变的测试说明;
---增加断裂塑性应变的表达公式及该公式使用的局限性;
---修改了临界应力或应变值的确定方法;
---增加了对试验结果的说明;
---删除原附录A内容;
---将原附录B变为附录A。
本部分使用重新起草法修改采用ISO 7539-7:2005《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》。
本部分与ISO 7539-7:2005相比存在结构变化,增加了第6章。
本部分与ISO 7539-7:2005的技术性差异及其原因如下:
---调整了规范性引用文件中相关标准,以适应我国的技术文件(见第2章);
---修改了断后伸长率、断面收缩率和应变速率的定义,使其与GB/T 228.1-2010中给出的定义
保持一致(见第3章);
---增加了每组试样数量的说明,以明确试样数量,减小使用风险(见第5章);
---增加了对试剂的要求,以提供一个可重现性的化学环境,保证测试结果的一致性(见第6章);
---增加了溶液体积与试样表面积比例的要求,以保证试样能接触到足够的腐蚀溶液(见7.16);
---增加了对试验结果的说明,以完善对平行试样的处理方法(见9.1)。
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(SAC/TC183)归口。
本部分起草单位:江阴市产品质量监督检验所、冶金工业信息标准研究院、江苏亚星锚链股份有限
公司。
本部分主要起草人:王书强、冯秀梅、侯捷、缪亚国、张卫新、李剑、甘美露。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 15970.7-2000。
引 言
GB/T 15970给出设计、制备和应用不同类型试样以评价金属抗应力腐蚀性能的试验程序。
使用GB/T 15970中的任一部分,都要求阅读GB/T 15970.1的有关条款。这有助于选择适用于特
定环境的适当的试验程序。也有助于给出评价实验结果重要性的指导性意见。
本部分适用于快速评价特定金属在特定环境作用下的应力腐蚀破裂敏感性。
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
1 范围
GB/T 15970的本部分规定了慢应变速率试验程序,用于研究金属和合金对应力腐蚀破裂的敏感
性,包括氢致失效。
本部分中所用的“金属”一词,也包括合金。
本部分适用于包括板、棒、丝、带和管及其焊接组合件。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法
GB/T 15970.1 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/T 15970.1-
1995,idtISO 7539-1:1987)
GB/T 15970.4 金属和合金的腐蚀 应力腐蚀试验 第4部分:单轴加载拉伸试样的制备和应用
(GB/T 15970.4-2000,idtISO 7539-4:1989)
GB/T 15970.6 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(GB/T 15970.6-2007,ISO 7539-6:2003,IDT)
3 术语和定义
GB/T 15970.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
蠕变 creep
施加初始载荷之后,试样产生随时间而变化的机械变形。
3.2
断后伸长率 elongationtofracture
断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率。
3.3
最大载荷 maximumload
试验中试样拉伸至完全破断期间载荷达到的最大值,对于组合材料则是其中一个组合件断裂时相
应的载荷。
3.4
名义应力-延伸曲线 nominalstress-elongationcurves
由施加的瞬时载荷和试样的原始横截面积计算出的名义应力相对于在测量载荷时标距延伸量的关
系曲线。
3.5
塑性应变对整个应变的贡献,等于总应变减去弹性应变。
3.6
断面收缩率 reductionofarea
断裂后试样横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率。
3.7
应变速率 strainrate
光滑拉伸试样原始标距长度增加的初始速率。
4 原理
4.1 试验是使暴露到特定环境中的试样承受逐渐增加的应变,以便按第8章所列举的一种或几种参
数,确定应力腐蚀敏感性。
4.2 腐蚀性环境可以使承受应力的材料性能退化,退化程度要比在相同的环境和材料组合体系中没有
遭受动态慢应变时更大。这是由裂纹萌生和扩展导致的加速退化,可以根据评价应力腐蚀敏感性的目
的用不同的方式表达。
4.3 可以在光滑或带缺口试样上进行拉伸或弯曲试验,试验最重要的特征是在裂纹萌生或扩展区域
内,产生相当低的应变速率,因此这类试验被称作慢应变速率试验。
5 试样
5.1 试样形状和尺寸可以多种多样,最常用的几种已在GB/T 15970.4和GB/T 15970.6中作了说明。
5.2 GB/T 15970.4和GB/T 15970.6中关于试样设计、制备和夹持的说明,对于慢应变速率试验同样
适用。
5.3 推荐每组平行试样为3个~5个。
6 试剂
6.1 对于用实验室化学试剂建立的试验环境,推荐使用已知杂质含量的分析纯化学品。
6.2 当准备进行溶液环境试验时,应使用满足GB/T 6682中规定的三级或以上级别的水。
6.3 进行慢应变速率试验时,应描述试验环境的化学性质特征,如,化学成分、杂质含量及对腐蚀行为
有影响的其他必要的信息。
7 试验程序
7.1 慢应变速率试验设备应应变速率可调,且其功率足以产生所需载荷。光滑试样通常使用的应变速
率范围为10-3s-1~10-7s-1。
7.2 当希望将裂纹限制在某一特定位置时,例如,当试验焊缝的热影响区时,或者由于某一根试样的不
同部位显示出不同的力学性能,因而可能会产生不同的应变速率时,可以采用带缺口试样。缺口试样还
可用于限制载荷需求,在此情况下与拉伸载荷相比,弯曲加载的优点更多。
7.3 对于光滑试样,特别是哑铃形试样,试验开始时的应变速率很容易确定。一旦在该试样上产生裂
纹,并且扩展到某种程度时,应变可能集中在试样的裂纹尖端附近,并与初始应变速率不同。对于裂纹
尖端或缺口的应变速率,至今还没有精确的计算方法,但是此处的有效应变速率可能大于外加到光滑试
样上相同的应变速率。
7.4 试验可使一个试样完全破断,检查其破断类型,从而确定应力腐蚀破裂敏感性;也可在某一中间阶
段停止试验,然后测定裂纹萌生或扩展的程度。
7.5 对于光滑拉伸试样,最初试验时,应变速率可选择10-6s-1,在此试验中如未产生应力腐蚀破裂,
并不一定说明该体系能免于应力腐蚀破裂,因为已知敏感性是应变速率(见附录A)的函数。如果最初
的试验没有产生应力腐蚀破裂的迹象,则还应在其他应变速率如10-5s-1和10-7s-1下进行试验。
7.6 试验环境条件的选择,取决于试验目的,但是理想的试验条件应与金属常用环境相同,或者是类似
于预期的实际工作条件。实际上为了评定材料,使用了许多标准环境条件,但是应用所得到的结果来预
测材料在实际工作环境中的行为,则要取决于对体系的了解或与经验间的相关性。
注:此处体系指试验环境和材料的组合。
7.7 电极电位、温度、溶液组成、pH、溶解气体浓度、流速和压力是重要环境参数。GB/T 15970.1给出
了相关内容。在气体环境中,关键因素是气体的纯度。
7.8 试验可以在开路条件下进行,也可在偏离开路电压下通过恒电位或恒电流方法进行。开路条件
下,金属的电极电位取决于特定的测试环境条件。
7.9 应用于外部电流的辅助电极应能在试样上产生均匀的电流分布,即试样的电极电位应保持一致。
7.10 对给定的金属和环境组合,如果试验开始时不存在应力腐蚀破裂的条件,破裂条件的产生可能与
时间有关。在此情况下,只有在应变速率足够低,在破裂所需的环境条件建立之前不产生过载破坏时,
才能观察到应力腐蚀破裂。在施加动态应变之前,将试样预先暴露到试验环境中腐蚀,有时可以避免上
述问题。
7.11 尽量避免试样的夹持部分同腐蚀环境相接触,否则会产生以下问题:
a) 如果制作夹具的材料与试验材料不同,产生的电偶效应会影响试验结果,因此需要电绝缘;
b) 在夹具和试样之间的空隙,会产生缝隙腐蚀,加之应力的不连续性能够在此区域过早产生应力
腐蚀破裂;
c) 试样暴露出试验槽的部位,可能产生缝隙腐蚀,可通过合理设计试验槽,或在此部位采用防护
涂层,或者是增加试样工作段以外部位的横截面积以避免缝隙腐蚀问题。
7.12 对于只是简单地确定是否发生应力腐蚀破裂的试验,建议在试样与环境相接触之后,再对试样施
加应力。
7.13 在慢应变速率试验使试样完全破断的情况下,建议分别在惰性环境和同一温度的腐蚀性环境中,
用相同的应变速率进行试验,这样可以通过与惰性环境提供的基准数据比较,来评价腐蚀环境的作用。
对于某些材料,包括高强铝合金和高强度钢,不能用空气代替惰性环境进行试验。
7.14 金属处于腐蚀性环境时,即使在没有施加应变的情况下,由于点蚀、晶间腐蚀等原因其力学性能
也会下降。建议将没有施加应变的试样暴露到与施加应变试样相同的环境中,通过与未受应变试样比
较来评价应变的作用。
7.15 在试验期间,特别在很低的应变速率及在高温试验期间,温度变化本身能够改变应变速率,应避
免这种改变对试验结果产生显著影响。
7.16 溶液体积与样品浸入溶液部分的表面积比宜不小于30mL/cm2。
8 结果评价
8.1 在试样达到完全破断时,通常可以通过低倍显微镜检查二次裂纹判断是否发生应力腐蚀破裂。或
者通过破断表面的显微观察检查断裂模式的变化加以确定。
8.2 应力腐蚀破断平均速率,可以从已经完全破断的试样断面上或未破断试样截面上测得的最长裂纹
长度除以破断时间来确定。虽然这个参数假定裂纹是在试验开始时萌生的,而实际上并不总是如此。
但是这样测得的值常常与用更精确方法测得的值相吻合,对于带缺口试样,可用其他方法监测裂纹的扩
展(见GB/T 15970.6)求得裂纹扩展速度。
8.3 可用将暴露到试验环境中和暴露到惰性环境中的试样进行比较的方法来评定应力腐蚀破裂的敏
感性。比值越小,则应力腐蚀破裂的敏感性越高。
比值=
试样在试验环境中得到的结果
试样在惰性介质环境中得到的结果
结果可用下列同一个初始应变速率下的一个或多个参数来表示:
---断裂时间;
---断裂塑性应变;
---延性,用断面收缩率或断后伸长率评定;
---达到的最大载荷;
---标准应力-延伸曲线所包围的面积;
---断面中,应力腐蚀破裂所占的百分比。
在大多数试验中,标距部位的位移不能直接测量。相反,横梁或夹具位移可测量,它包括试样肩部
位移和加载处位移。由于这些参数从一个测试体系到另一个体系会产生变化,因此,任意时间材料标距
部位的计算应变与测试体系密切相关。相应的,尽管名义应变速率的数值相近,弹性加载区域标距部分
的实际应变速率在不同测试体系中也会变化。如果在弹性区破断,应根据原始标距长度的位移和横梁
位移的关系进行校正。例如,在之前的空气试验中直接测量标距长度的位移。这种“校准”数据可以用
来设定试验应变速率及计算标距长度内断裂的弹性应变。
然而,当屈服发生时,横梁处的大部分位移与标距部位塑性变形有关,同时测试体系之间的差别应
不太重要。相应的,对于那些发生屈服后断裂的体系,使用断裂塑性应变Ep 进行数据对比是有意义
的。见式(1):
Ep=
XtF
L0 -
σF
σPL
êê
úú×
XtPL
L1{ }×100% (1)
式中:
Ep---断裂塑性应变;
X ---延伸速率,单位为米每秒(m·s-1);
tF ---破断时间,单位为秒(s);
L0 ---原始标距长度,单位为米(m);
tPL---比例极限时间,单位为秒(s);
σF ---破断应力,单位为兆帕(MPa);
σPL---比例极限应力,单位为兆帕(MPa)。
如果发生显著的加工硬化,则断裂塑性应变的定义是不准确的,因为存在包括来自样品肩部和加载
处的额外弹性贡献。在这种状况下,应变速率测试体系也是敏感的。然而,Ep的定义仍可以使用,但是
要认识到它的局限性。见图1。
说明:
X ---应变;
Y ---应力;
Ep ---断裂塑性应变;
Etot---总的伸长量;
Eel---弹性伸长量。
图1 以超级13Cr不锈钢获得的数据为例说明断裂塑性应变Ep的测量
8.4 慢应变速率试验也能够用来测定临界应力值,超过此值,在给定的应变速率下,会产生可检测到的
裂纹。在某些体系中,临界值可能是应变速率的函数。因此,对于所研究的体系,试验要在一个适当的
应变速率范围内进行,以确保得到一个保守的值。在非常低的应变速率试验中,如10-8s-1,在试样的
弹性加载时可采用高一点的应变速率。
8.5 在一定的应变或者应力水平下中断的试验,移开试样,在500倍下观察表面。如果观察到裂纹,用
低于停止点的应力或应变值进行新样品的重复测试。相反,如果第一次停止时没有观察到裂纹,则用高
于停止点的应力或应变值进行重复测试。继续进行同样的测试,直到获得一个未观察到裂纹的临界应
力或应变值,高于此临界值可发现裂纹。连续测试的应力或应变值的中断将决定临界应力或应变的不
确定性范围。为了方便确定临界值,可按GB/T 15970.1给出的二元搜索法。
9 试验报告
9.1 试验报告中应根据试验规定的评定标准说明试验结果。每个试样的结果都应写入报告。适当的
时候,也可以提供一组重复试样的平均值。报告中宜附上试样的照片。
9.2 试验报告应......
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