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

ICS77.060

H25场昌

中华人民共和国国家标准

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

代替GB/T15970.6-1998

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

Corrosionofmetalsandalloys-Stresscorrosiontesting-

Part6:Preparationanduseofpre-crackedspecimensfortests

underconstantloadorconstantdisplacement

(ISO7539一6:2003，IDT)

2007-05-14发布2007-12-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布

中国国家标准化管理委员会

中华人民共和国

国家标准

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/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

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北京复兴门外三里河北街16号

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开本880X12301/16印张2.25字数62千字

2007年9月第一版2007年9月第一次印刷

书号:155066·1-29833定价26.00元

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GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

-‘

前曰

GB/T1597。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:恒载荷或恒位移下预裂纹试样的制备和应用(GB/T15970.6-2007);

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/T15970.9-2007)

本部分等同采用国际标准ISO7539-6:2003《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GB/T15970.6-1998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》。

本部分与GB/T15970.6-1998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:

--GB/T15970.6-1998。

GB/T15970.6-2007/ISO7539一6:2003

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

范围

1.1GB/T1597。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。

1.2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。

1.3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GB/T15970.9中介绍。

1.4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GB/T15970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。

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/T20120.2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/T20120.2-2006，ISO11782-2:1998，IDT)

3术语和定义

GB/T15970.1确立的以及下列术语和定义适用于本部分。

裂纹长度cracklength

a

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。

3.2

试样宽度specimenwidth

w

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。

3.3

试样厚度specimenthickness

B

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

试验试样从一面到另一面的尺寸。

3.4

开侧面摘后，试样厚度的减少reducedthicknessatsidegrooves

Bo

在侧面槽试样上，两个面上的槽之间的最小尺寸。

3.5

试样半高specimenhalf-height

H

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%,

3.6

施加的载荷load

尸

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。

3.7

加载点轴线上的挠度deflectionatloadingpointaxis

VLL

对恒位移试样施加载荷期间，在加载线上产生的裂纹张开位移。

3.8

偏离加载线的挠度deflectionawayfromtheloadingline

Vo

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。

3.9

弹性模Imodulusofelasticity

E

在张力中弹性模量(即应力/应变)。

3.10

应力强度因子stressintensityfactor

KI

是外加载荷、裂纹长度和试样几何尺寸的函数，具有应力x丫/is度的量纲，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

下计算出的应力强度因子与实际的开裂体的行为是相关的。在本部分中，模型I是假设的，下标I给出提示。

3.11

初始应力强度因子initialstressintensityfactor

KI;

应力腐蚀试验开始时施加的应力强度。

3.12

平面应变断裂韧性planestrainfracturetoughness

KI。

K: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。

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

3.13

暂定的‘:。值provisionalvalueofKI

KQ

当满足平面应变为主导的有效判据时，KQ=K1

3.14

应力腐蚀破裂敏感性的界限应7j强度因子thresholdstressintensityfactorforsusceptibilityto

stresscorrosioncracking

Kiscc

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KI、时，会产生应力腐蚀裂纹的萌生和扩展。

3.15

暂定的KIsc。值provisionalvalueofKID

KQSCC

当满足平面应变为主的有效判据时，KQSCC=K1scc

3.16

最大疲劳应力强度因子maximumstressintensityfactor

Kmx

在循环中的应力强度因子的最高代数值，相对应最大载荷。

3.17

0.2%规定非比例延伸强度0.2%proofstrength,non-proportionalextension

R}.a

表示规定非比例延伸率为。.2%时的应力。

3.18

外加应力appliedstress

口’

来自于对试样施加的载荷产生的应力。

3.19

应力强度因子系数stressintensityfactorcoefficient

Y

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。

3.20

疲劳载荷比loadratioinfatigueloading

R

在一个循环周期内，最小载荷与最大载荷代数比值。

R-一标一一一丛

标mKxa

3.21

开裂速率crackvelocity

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。

3.22

平均裂纹扩展速率averagecrackvelocity

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。

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

3.23

试样的取向specimenorientation

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三个参考轴

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);而Y则垂直于X轴和Z轴。

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(如钦)，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KI、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不会造成失稳破坏的

危险。

4.4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。

4.5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

5.1总则

5.1.1凡在断裂韧性试验中，所采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KI。值，试样的裂纹长度a和厚度B都不

能小于2.5(KID/Rp0.z)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<KI}/

RRpo0..E:))a。从断裂力学的观点看，此时不能具体规定可得到恒定KIccs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:

a和B不小于2.5(K1/Rp.2)2·。···························。…(1)

最好不小于《KI/Rp0.z)2······························……(2)

式中的KI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KI，以检验

其有效性。

5.1.3如果试样是用来测定Klscc，那么初始的试样尺寸可按材料Klsc。的估计值来考虑(开始最好将

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界限应力强度K二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。

4

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

5.1.4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，自身加载;

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

Krscc;。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Kiscce

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

Kzscc;，但实际上考虑到5.1.6条所述恒位移方法的缺点，常建议采用几个试样(不少于3个)。

5.1.6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，从而改变所加的位移和载荷值，也会阻

塞裂纹口，从而阻碍了腐蚀介质的进人，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。

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K工scc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。

5.1.8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

5.2.1图1列出一些应力腐蚀试验中采用的预裂纹试样的几何形状。

5.2.2恒载荷试样可以有两种不同类型:

a)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。

a)型试样适于测定K1scc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。

5.2.3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)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。

5.2.4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

5

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

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。

5.2.5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螺栓相对进行自加载。可使用两种类型:

a)(W-a)有影响试样，如改进楔形张开加载(改进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。这类试样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。

5.2.6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。用于恒载荷，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WOL)试样，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2一图6所示。

恒载荷恒位移

}

K增加K降低

广一一一一一一门

拉伸加载弯曲加载

}i

远弯曲裂纹线弯曲

妙·曰·

网弯曲

远弯曲!

1﹃|黔凤1三点弯曲双扭转板一塔形双悬臂梁.(井刀和响州|力

么愉改进楔形张开双康嘴嗓‘旧吼劝

加载(改进WOL

酬日四点弯曲

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

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

5.2.7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

所示的人字形切口试样。必要时，此缺口的角度可以从900增加到120

5.2.8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工

成如图8a)所示的切口，切口可以分别用螺钉拧紧或者粘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。

单位为毫米

一一一司

次

寸

0.

+I

沃

.2W+5?2W+5

园一

宽度=W

厚度B=0.5W

切口宽度N=0.065W最大(如果W>25mm)或1.5mm最大(如果WG25mm)

有效切口长度1=0.25W--0.45W

有效裂纹长度a=0.45W'0.55W

图2悬臂梁试样的比例尺寸和公差

GB/T15970.6-2007/ISO7539-6:2003

单位为毫米

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