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| 标准编号 | GB/T 2039-2024 (GB/T2039-2024) | | 中文名称 | 金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法 | | 英文名称 | Metallic materials - Uniaxial creep testing method in tension | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H22 | | 国际标准分类 | 77.040.10 | | 字数估计 | 54,588 | | 发布日期 | 2024-05-28 | | 实施日期 | 2024-12-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 2039-2024: 金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法
ICS 77.040.10
CCSH22
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 2039-2012
金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法
2024-05-28发布
2024-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅴ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 符号及说明 6
5 试验原理 8
6 试验设备 8
7 试样 12
8 试验程序 15
9 试验结果的处理 18
10 试验有效性 18
11 试验结果 18
12 试验报告 18
附录A(资料性) 关于热电偶漂移的信息 20
附录B(资料性) 热电偶校准方法 23
附录C(规范性) V形和钝环形缺口试样的蠕变试验 24
附录D(资料性) 结果的表示和图解法外推 27
附录E(资料性) 依据不确定评定指南(GUM)来估计不确定度的方法 35
参考文献 40
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件代替GB/T 2039-2012《金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法》,与 GB/T 2039-2012相
比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下:
---更改了范围:连续蠕变试验、间断蠕变试验、只测量断裂时间的蠕变断裂(持久)试验以及验证
给定应力下的通过性试验(见第1章,2012年版的第1章);
---增加和更改了部分术语、定义及其符号(见第3章,2012年版的第3章);
---图1更改为“应力-延伸曲线示意图”(见图1,2012年版的图1);
---更改了表1中的部分符号和说明(见第4章,2012年版的第4章);
---更改了“延伸和伸长测量装置”内容(见6.2,2012年版的6.2);
---增加了对热电偶冷端温度的要求及间接的温度测量方法要求(见6.3.2.1);
---将原资料性附录A中关于不同类型热电偶的使用温度和时间的要求更改为正文(见6.3.3,
2012年版的附录A);
---更改了参考长度Lr的测定(见7.5,2012年版的7.5);
---增加了组合试验(见8.3.3);
---增加了关于应力集中系数Kt的计算公式(见附录C)。
本文件修改采用ISO 204:2023《金属材料 单轴拉伸蠕变试验 试验方法》。
本文件与ISO 204:2023相比做了下述结构调整:
---附录D对应ISO 204:2023的附录E;
---附录E对应ISO 204:2023的附录D。
本文件与ISO 204:2023的技术差异及其原因如下:
---用规范性引用的 GB/T 228.2、GB/T 12160和 GB/T 16825.2分别替换了ISO 6892-2、
ISO 9513和ISO 7500-2,增加了对GB/T 4989、GB/T 8170、GB/T 10623、JJF1637、JJG141、
JJG276和JJG617的规范性引用,删除了对ISO 6892-1的规范性引用,以适应我国的技术
条件;
---在6.1中增加了对试验机同轴度的要求以及试验机的校准周期要求,确保试验结果的准确性;
---由于应变测量装置的稳定性受试验周期和环境条件影响较大,故在6.2中对应变测量装置中
引伸计的校准周期由3年修改为1年;
---由于加热炉的均温带直接影响蠕变试验结果,故增加了6.3.5加热炉均温带的校准。
本文件做了下列编辑性改动:
---更改标准名称为“金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法”。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国钢铁工业协会提出。
本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本文件起草单位:钢铁研究总院有限公司、中机试验装备股份有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公
司、深圳三思纵横科技股份有限公司、深圳万测试验设备有限公司、华东理工大学、浙江省特种设备科学
研究院、国标(北京)检验认证有限公司、冶金工业信息标准研究院、钢研纳克检测技术股份有限公司。
本文件主要起草人:高怡斐、马双伟、魏力民、张显程、刘杰、黄星、杜斌、李璞、董莉、卢奇、饶立文、
谈建平、傅军平、侯慧宁、程义。
本文件所代替文件的历次版本发布情况为:
---1980年首次发布为GB/T 2039-1980;
---1997年第一次修订,与 GB/T 6395-1986合并发布为 GB/T 2039-1997,2012年第二次
修订;
---本次为第三次修订。
引 言
蠕变是材料在承受载荷时缓慢变形的现象。
附录包括使用热电偶及其校准进行的温度测量、带有圆周V形和钝形缺口的蠕变试样、测量不确
定度的评估和蠕变断裂寿命的外推方法。
本文件包含了欧洲蠕变协作委员会(ECCC)制定的许多建议。
金属材料 单轴拉伸蠕变试验方法
1 范围
本文件规定了以下方法:
a) 连续监测延伸的连续蠕变试验;
b) 定期测量伸长率的间断蠕变试验;
c) 通常只测量断裂时间的蠕变断裂(持久)试验;
d) 给定应力下超过预定时间的验证试验,不记录延伸率或伸长率。
注:蠕变试验能进行至试样断裂,也能在断裂前停止。
本文件适用于光滑试样和缺口试样的蠕变(持久)试验。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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 228.2 金属材料 拉伸试验 第2部分:高温试验方法(GB/T 228.2-2015,ISO 6892-2:
2011,MOD)
GB/T 4989 热电偶用补偿导线
GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定
GB/T 10623 金属材料 力学性能试验术语(GB/T 10623-2008,ISO 23718:2007,MOD)
GB/T 12160 金属材料 单轴试验用引伸计系统的标定(GB/T 12160-2019,ISO 9513:2012,
IDT)
GB/T 16825.2 静力单轴试验机的检验 第2部分:拉力蠕变试验机施加力的校验(GB/T 16825.2-
2018,ISO 7500-2:2006,IDT)
GB/T 16839.1 热电偶 第1部分:电动势规范和允差(GB/T 16839.1-2018,IEC 60584-1:
2013,IDT)
JJF1637 廉金属热电偶校准规范
JJG141 工作用贵金属热电偶
JJG276 高温蠕变、持久强度试验机检定规程
JJG617 数字温度指示调节仪检定规程
3 术语和定义
GB/T 10623界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
参考长度 referencelength
Lr
用于计算延伸率或伸长率的基准长度。
注1:本文件规定了几种不同的标距长度和参考长度。这些长度反映了不同实验室的实际使用习惯。在某些情况
下,用刻线或凸台的形式在试样上直接标记这些长度,而在其他情况下,测定蠕变伸长的标记长度可能是依
据计算得出的一个虚拟长度。
注2:计算方法见7.5。
3.2
原始标距 originalgaugelength
Lo
试验前在室温下测得的试样上标记之间的长度。
注:通常,Lo≥5D。
3.3
Le
引伸计测点之间的距离。
3.4
平行长度 paralellength
Lc
试样平行截面缩减部分的长度。
3.5
Lu
在室温下将断裂试样仔细对齐并保证其轴线在同一直线上时试样上标记之间的长度。
3.6
原始截面面积 originalcross-sectionalarea
So
试验开始前,室温下测定的试样平行段的横截面积。
3.7
Su
试样断裂后,在室温下将试样断裂部分仔细对齐,使其轴线处于同一直线上时测定的平行段内的最
小横截面积。
3.8
初始应力 initialstress
Ro
施加在试样上的试验力除以试样的原始横截面积So。
3.9
延伸 extension
ΔLet
在试验温度下,时间t时引伸计标距Le的增加量。
注1:延伸用于不间断蠕变试验,使用引伸计对试样长度的增量进行连续测量。
注2:更多信息见6.2。
3.10
伸长 elongation
ΔLot
时间t时原始标距Lo的增加量。
注1:伸长率主要用于间断蠕变试验,手动测量试样长度的增加量。
注2:更多信息见6.2。
3.11
延伸率 percentageextension
试验温度下,延伸量相对于参考长度Lr的百分比,如公式(1)所示:
e=
ΔLet
Lr ×
100 (1)
注:见图1。
标引符号说明:
R ---应力;
Ro ---初始应力;
eti ---初始总延伸率;
ee ---弹性延伸率(初始应力卸载后);
ep ---塑性延伸率;
ei ---初始塑性延伸率;
ef ---蠕变延伸率;
eper---残余延伸率;
ek ---滞弹性延伸率;
e ---延伸率;
et ---总延伸率。
a 开始加载。
b 加载结束。
c 开始卸载。
d 卸载结束。
图1 应力-延伸曲线示意图
3.12
伸长率 percentageelongation
伸长量相对于参考长度Lr的百分比,如公式(2)所示:
A=
ΔLot
Lr ×
100 (2)
3.13
ee
试验温度下,延伸量相对于参考长度Lr的百分比,与初始应力Ro成正比。
注1:该值能根据加载期间的应力/延伸率值计算。见8.4.2。
注2:见图1。
3.14
eti
试验温度下,初始应力Ro加载结束时,延伸量与参考长度Lr的比值。
注:见图1。
3.15
ei
试验温度下,初始应力Ro加载结束时的延伸量与参考长度Lr的比值,并确定为初始总延伸率eti与
弹性延伸率ee之间的差异,如公式(3)所示:
ei=eti-ee (3)
注1:见图1。
注2:该值表示加载阶段的塑性延伸。
3.16
et
试验温度下和试验应力下,t时刻的延伸量与参考长度Lr的比值。
注:见图1。
3.17
ep
试验温度下,t时刻的延伸量与参考长度Lr的比值,确定为总延伸率et与弹性延伸率ee之间的差
值,表示为参考长度Lr的百分比,如公式(4)所示:
ep=et-ee (4)
注:见图1。
3.18
eu
试验温度下,断裂后的总延伸,以参考长度Lr的百分比表示。
3.19
ef
试验温度下,加载结束后,塑性延伸率ep与初始塑性延伸率ei的差值,以参考长度Lr的百分比表
示。如公式(5)所示:
ef=ep-ei (5)
注1:见图1。
注2:后缀f源于“creep”在法语中的表示“fluage”。
3.20
ek
试验温度下,卸载结束后,负延伸量与参考长度Lr的百分比。
注:见图1和8.4。
3.21
eper
试验温度下,卸载结束后,总延伸率et与弹性延伸率ee和滞弹性延伸率ek的差,以参考长度Lr的百
分比表示,如公式(6)所示:
eper=et-(ee+ek) (6)
注1:ek≈0的情况下,eper≈ep。
注2:见图1。
3.22
Aper
室温下卸除试验力后,伸长量与参考长度Lr的百分比。
3.23
Au
断裂后的残余伸长,Lu-Lo,与参考长度Lr的百分比,如公式(7)所示。
Au=
Lu-Lo
Lr ×
100 (7)
注:Au可以用规定温度T 作为上标,单位为摄氏度(℃),初始应力Ro作为下标,单位为兆帕(MPa);见表1中的
示例。
3.24
Zu
试样断裂后测得的最大横截面积变化(So-Su),与原始截面面积So的百分比,如公式(8)所示:
Zu=
So-Su
So ×
100 (8)
注:Zu可以用特定温度T 作为上标,单位为摄氏度(℃),初始应力Ro作为下标,单位为兆帕(MPa);见表1中的
示例。
3.25
蠕变延伸时间 creepextensiontime
tfx
在规定温度T 和初始应力Ro下,试样应变量达到规定比例的蠕变延伸x所需的时间。
例如:tf0.2。
3.26
塑性延伸时间 plasticextensiontime
在规定温度T 和初始应力Ro下,试样应变量达到规定比例的塑性延伸x所需的时间。
注:tp1的示例(tp1=100000h对应于Ro=120MPa时的ep=1%)。
3.27
蠕变断裂时间 creeprupturetime
tu
试样在规定温度T 和初始应力Ro下的断裂时间。
注:符号tu可以用上角标表示规定温度T,单位为摄氏度,下角标表示初始应力Ro,单位为兆帕;见表1中的示例。
3.28
可以进行单个试样试验的试验机。
3.29
在相同温度下可以同时进行多于一个试样试验的试验机。
4 符号及说明
本文件使用的符号及说明见表1。
表1 符号及说明
符号 单位 名称
A % 伸长率
Aper %
残余伸长率
示例如下:
A375per50/5000:在规定温度375℃下,初始应力为50MPa,5000h后的残余伸长率
Au %
蠕变断裂后伸长率:Au=
Lu-Lo
Lr
示例如下:
A375u50:在规定温度375℃下,初始应力为50MPa,蠕变断裂后的伸长率
a mm 方形或矩形横截面试样的厚度[见图2b)]
b mm 方形或矩形横截面试样平行长度的横截面宽度
D mm 圆形横截面试样的标距部分直径
Dn mm 过渡段直径
d mm 在缺口/无缺口复合试样无缺口部分的标距段内的直径
dn mm
圆形缺口试样的缺口底径
对于缺口/无缺口复合试样,d=dn
e % 延伸率
表1 符号及说明 (续)
符号 单位 名称
ee % 弹性延伸率
ef %
蠕变延伸率见公式(5)
示例如下:
e375f50/5000:在规定温度375℃下,5000h后初始应力为50MPa的蠕变延伸率
efu % 蠕变断裂时的蠕变延伸率
ei % 初始塑性延伸率
ek % 滞弹性延伸率
ep % 塑性延伸率
eper % 残余延伸率
epu % 蠕变断裂时的塑性延伸率
et % 总延伸率
eti % 初始总延伸率
eu % 最终总延伸率
Lc mm 平行长度
Le mm 引伸计标距
ΔLet mm 时间t时刻引伸计标距Le的增加量
Ln mm 包含缺口的平行长度
Lo mm 原始标距
ΔLot mm 时间t时刻原始标距Lo的增加量
Lr mm 参考长度
Lu mm 断后标距
n - 蠕变应力指数
Ro MPa 初始应力
rn mm 缺口底部半径
r mm 过渡半径
So mm2 原始截面面积
Su mm2 断裂后最小横截面积
T ℃ 规定温度
Tc ℃ 校正后的测量温度
t h 加载结束后经历的时间
tfx h 蠕变延伸时间
tpx h 塑性延伸时间
表1 符号及说明 (续)
符号 单位 名称
tu h
蠕变断裂时间
示例如下:
t375u50:在规定温度375℃下,初始应力为50MPa,蠕变断裂时间
tun h 缺口试样的蠕变断裂时间
x % 规定的蠕变或塑性延伸率
Zu %
蠕变断裂后断面收缩率:Zu=
So-Su
So ×100
示例如下:
Z375u50:在规定温度375℃下,初始应力为50MPa,蠕变断裂后的断面收缩率
注:使用的主要下角标符号(r、o和u)如下:
---r对应于参考状态;
---o对应于原始状态;
---u对应于最终状态(断裂后)。
5 试验原理
将试样加热至规定温度,沿试样轴线方向施加恒定拉伸力或恒定拉伸应力(见注)并保持一定时间
获得以下结果:
---规定蠕变延伸(连续试验);
---通过试验获得适当间隔的残余伸长值(不连续试验);
---蠕变断裂时间(连续或不连续试验)。
注:“恒定应力”或“真应力”是指在整个试验过程中任一时刻施加在试样上的试验力与试样横截面积之比保持恒
定。通常恒定应力和恒定试验力的试验所获得的结果不同。
6 试验设备
6.1 试验机
试验机应能提供施加轴向试验力并使试样上产生的弯矩和扭矩最小。试验前应对试验机进行外观
检查以确保试验机的加力杆、夹具、万向节和连接装置都处于良好状态。
试验力应均匀平稳无震动地施加在试样上。
试验机应远离外界的震动和冲击。试验机应具有试样断裂时将震动降到最小的缓冲装置。
试验机至少应符合GB/T 16825.2中1级试验机的要求。
为了保证试验机和夹具能够对试样准确地施加试验力,应定期校准试验机的力值和加载同轴度,试
验机的加载同轴度应不超过10%。试验设备两次校准/检定的时间间隔依据设备类型、试验条件、维护
水平和使用频次而定,除非另有规定,校准/检定周期不超过12个月,如果预期试验时间超过校准周
期,应在试验开始前对载荷传感器重新校准。
试验机的校准/检定参考JJG276。若能够证明试验设备在更长的时间内能够满足相关规定的要
求,则可延长两次校准/检定之间的时间。
注:参考GB/T 34104进行加载同轴度的校准。
6.2 延伸和伸长测量装置
6.2.1 延伸测量装置
对于连续试验,应使用引伸计或者能够满足相同准确度要求的其他设备测量试样的延伸,引伸计系
统应满足GB/T 12160中1级或优于1级准确度的要求。可以采用直接安装在试样上的引伸计,也可
以采用非接触式的引伸计(例如光学或激光引伸计)。
引伸计校准的范围应包含预期的蠕变应变量。
引伸计应每年校准一次,除非试验时间超过1年。如果预期试验时间超过校准周期,应在蠕变试验
开始前对引伸计重新校准。
引伸计的标距不应小于10mm。
引伸计应能测量试样单侧或双侧的延伸,双侧引伸计作为优先选择。
在报告中应注明所使用的引伸计类型(例如单侧、双侧、轴向、径向)。当使用双侧引伸计测量试样
延伸时,应报告平均延伸。
当引伸计安装在试样的夹持末端来测量蠕变延伸时,末端的外形和尺寸应保证能够在试样的参考
长度内完全准确地测定延伸。依据参考长度Lr测量蠕变延伸率。
引伸计的标距宜尽可能地接近参考长度。为了提高测量准确度,标距宜尽可能地大。
当使用镍基合金材料的引伸计时宜注意避免虚假的负蠕变。
对于采用短标距试样的小应变试验,例如应变不大于1%,需要仔细选用足够分辨力的测量装置。
注1:参考文献[13][14]中给出了用于蠕变测试和认证的传感器的长期稳定性信息。
注2:如仅测量蠕变断裂后的残余伸长或规定时间的残余伸长,则无需使用引伸计。
6.2.2 伸长测量装置
对于不连续试验,试样卸载后冷却到室温,采用合适的工具测量标距长度的残余伸长。测量工具的
精度应达到0.01ΔLr或0.01mm,取其大者。完成测量后,试样可以再次升温和加载。
6.3 加热装置和温度测量装置的校准
6.3.1 加热装置温度的允许偏差
采用加热装置加热试样至规定温度(T)。规定温度(T)与校正后的测量温度(Tc)的允许偏差和试
样长度方向上允许的最大温度偏差应符合表2规定。
表2 Tc与T的允许偏差和试样长度方向上允许的最大温度偏差
单位为摄氏度
规定温度T Tc与T 的允许偏差 试样长度方向上允许的最大温度偏差
T≤600 ±3 3
600< T≤800 ±4 4
800< T≤1000 ±5 5
1000< T≤1100 ±6 6
对于规定温度超过1100℃的试验,应由相关方协商确定温度的允许偏差。
校正后的测量温度(Tc)是在试样的平行段表面测得,应考虑所有来源的误差,包括漂移(见附
录A),并对系统误差进行了修正。
允许采用加热炉各个加热区间温度的间接测量方式来代替直接测量试样表面温度,这种方式应证
实能满足上述偏差的要求。
如果使用引伸计,则应考虑某种方法保护炉外的引伸计部分不会由于炉外空气温度的波动而对长
度测量产生太大影响。
读取引伸计测量数值时,试验机环境温度波动不应超过±3℃。
对于不连续试验,标距测量时的环境温度波动不应超过±2℃。如果超过这个范围,应考虑环境温
度变化带来的影响。
6.3.2 温度测量
6.3.2.1 通则
温度显示装置的分辨力至少应为0.5℃,测温装置的准确度应优于或等于1℃。
对于热电偶,在没有带冷端补偿的测量仪器的情况下,冷端温度(通常为0℃)应测量到0.5℃
以内。
实验室冷端温度应保持稳定,并应用适当的补偿来确定热电偶测量的温度。
注:有关热电偶漂移的信息见附录A,热电偶校准方法见附录B。
对于间接的温度测量方法,如高温计、热像仪或热电阻技术,应证明温度测量的国际单位制系统具
有可追溯性,并且可以实现上述精度和分辨率。
6.3.2.2 温度测量装置的校准
温度测量装置(包括补偿导线、接点、冷端、显示器或记录仪、数据线等)应按照可追溯至温度国际单
位的校准方法进行校准。
如可行,应在相关温度范围内对测温装......
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