[PDF] GB/T 38769-2020 - 自动发货. 英文版
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| GB/T 38769-2020 | 405 | GB/T 38769-2020 | 9秒内发货PDF | 金属材料 预裂纹夏比试样冲击加载断裂韧性的测定 |
| 基本信息 | |
|---|---|
| 标准编号 | GB/T 38769-2020 (GB/T38769-2020) |
| 中文名称 | 金属材料 预裂纹夏比试样冲击加载断裂韧性的测定 |
| 英文名称 | Metallic materials - Measurement of fracture toughness at impact loading rates using precracked Charpy-type test pieces |
| 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 | 34,373 |
| 发布日期 | 2020-04-28 |
| 实施日期 | 2020-11-01 |
| 引用标准 | GB/T 229; GB/T 3808; GB/T 19748; GB/T 21143; GB/T 30069.2 |
| 采用标准 | ISO 26843-2015, MOD |
| 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 |
| 范围 | 本标准规定了用断裂力学方法对金属材料预制裂纹夏比试样进行仪器化冲击并评价其断裂韧性的原理、试样、试验机、试验程序和测量、断裂力学参数的计算和试验报告。本标准适用于金属材料预制裂纹的夏比试样冲击断裂韧性的测定。 |
GB/T 38769-2020
Metallic materials--Measurement of fracture toughness at impact loading rates using precracked Charpy-type test pieces
ICS 77.040.10
H22
中华人民共和国国家标准
金属材料 预裂纹夏比试样冲击
加载断裂韧性的测定
(ISO 26843:2015,MOD)
2020-04-28发布
2020-11-01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 Ⅰ
引言 Ⅱ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 符号和说明 1
4 原理 3
5 试样 5
6 试验机 6
7 试验程序和测量 6
8 断裂力学参数的计算 7
9 试验报告 8
附录A(规范性附录) 适用于各类试验程序的试验机 11
附录B(资料性附录) 估算应变速率 12
附录C(规范性附录) 动态断裂韧性评价 13
附录D(规范性附录) 用多试样法测定冲击加载速率下的阻力曲线 17
附录E(规范性附录) 用归一化方法评定Jd-Δa阻力曲线 18
附录F(规范性附录) 测定断裂韧性特征值J0.2Bd 20
附录G(规范性附录) 有效性判据 21
附录H (规范性附录) 测定J积分断裂韧性 23
附录I(资料性附录) 试验报告示例 25
参考文献 29
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准使用重新起草法修改采用ISO 26843:2015《金属材料 用预制裂纹夏比型试样测定冲击加
载速率下的断裂韧度》。
本标准与ISO 26843:2015相比存在技术性差异,这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位
置用垂直单线(|)进行了标识,这些差异及其原因如下:
---将国际标准“范围”中有关技术背景介绍增加至“引言”中,使标准使用者更易理解标准的技术
内容和相关背景(见第1章,ISO 26843:2015的第1章);
---关于规范性引用文件,本标准做了具有技术性差异的调整,以适应我国的技术条件,调整的情
况集中反映在第2章“规范性引用文件”中,具体调整如下:
● 用修改采用国际标准的GB/T 229代替ISO 148-1(见第3章、第4章、5.1、5.6、7.1、9.4.5);
● 用修改采用国际标准的GB/T 3808代替ISO 148-2(见6.1、A.4、C.2.5);
● 用修改采用国际标准的GB/T 19748代替ISO 14556(见引言、第3章、第4章、6.2、7.1、
9.4.5、A.2、D.2.2);
● 用修改采用国际标准的GB/T 21143代替ISO 12135(见第3章、5.2、7.2、7.6、D.1、D.2.2、
F.1、F.2、G.2);
● 用修改采用国际标准的GB/T 30069.2代替ISO 26203-2(见8.6、F.2)。
---修改了Δamax、Jg与tf的定义,明确符号的名称定义,使后续的图例和公式计算更清晰(见
第3章);
---规定了在预制疲劳裂纹过程中,最小与最大力比应控制在0~0.1之间,符合我国国情以及与
GB/T 21143保持一致(见5.4);
---将国际标准“与九点初始裂纹平均值之差”修改为“与九点最终裂纹平均值之差”,使上下文一
致,并与ISO 12135及GB/T 21143保持一致(见9.4.5);
---增加“总则”与三类不同试验机的分类,更符合我国国情,并便于标准使用者理解(见附录A);
---将原表中t″=f(t')修改为f(t'),保持上下文一致(见表C.1);
---将国际标准中的符号Utot修改为Ws,与附录H上下文一致(见D.2.2);
---修改了式(E.5),提高数据的准确度(见E.2);
---增加了对迭代过程的技术说明,便于标准使用者理解,并与GB/T 21143保持一致(见E.3)。
本标准由中国钢铁工业协会提出。
本标准由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本标准起草单位:宝山钢铁股份有限公司、上海发电设备成套设计研究院有限责任公司、力试(上
海)科学仪器有限公司、深圳万测试验设备有限公司、钢研纳克成都检测认证有限公司、冶金工业信息标
准研究院。
本标准主要起草人:方健、田根起、董莉、高怡斐、王斌、张建伟、黄星、侍克献、侯慧宁。
引 言
本标准与GB/T 19748关系密切。利用仪器化冲击可获得金属材料预制裂纹夏比试样在冲击加载
速率条件下力、位移与能量的关系,当满足相应的有效性判据时,使用本标准所测得的材料动态断裂韧
性结果与常规大尺寸试样的断裂韧性结果具有可比性。由于夏比试样的尺寸较小,有效性判据一般较
难达到。然而,试验得到的性能结果可用于材料的研发、质量控制以及建立冲击加载速率条件下材料性
能与试验温度的相关性。
使用本标准测得的材料断裂韧性与在准静态加载条件下测得的结果存在差异。事实上,在脆性区
间或韧脆区间开展试验时,材料的断裂韧性将随着加载速率的提高而降低,而在全韧区间结果恰相反
(即断裂韧性同时提高)。有关加载速率(或应变速率)对断裂韧性的影响请参阅参考文献[1]。此外,断
裂韧性通常也受试验温度影响。因此,试验者需给出每次试验实际的试验温度与加载速率。
当铁素体钢在韧脆转变区间发生解理脆断时,由于结果分散性(差异性)较大而无法通过简单的统
计充分表征材料的性能。此时需进行额外的试验并采用适用于此类型试验相关的统计方法开展性能评
价,参见参考文献[2]。
金属材料 预裂纹夏比试样冲击
加载断裂韧性的测定
1 范围
本标准规定了用断裂力学方法对金属材料预制裂纹夏比试样进行仪器化冲击并评价其断裂韧性的
原理、试样、试验机、试验程序和测量、断裂力学参数的计算和试验报告。
本标准适用于金属材料预制裂纹的夏比试样冲击断裂韧性的测定。
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 229 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法(GB/T 229-2007,ISO 148-1:2006,MOD)
GB/T 3808 摆锤式冲击试验机的检验(GB/T 3808-2018,ISO 148-2:2008,MOD)
GB/T 19748 金属材料 夏比V型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法(GB/T 19748-2019,
ISO 14556:2015,MOD)
GB/T 21143 金属材料 准静态断裂韧度的统一试验方法 (GB/T 21143-2014,ISO 12135:
2002,MOD)
GB/T 30069.2 金属材料 高应变速率拉伸试验 第2部分:液压伺服型与其他类型试验系统
(GB/T 30069.2-2016,ISO 26203-2:2011,MOD)
3 符号和说明
本标准使用的符号和说明见表1。
表1 符号和说明
符号 说明 单位
a 名义裂纹长度(用于预制疲劳裂纹的目的,该指定值小于a0) mm
af 终止裂纹长度(a0+Δa) mm
am 机械加工切口长度 mm
a0 初始裂纹长度 mm
Δa 裂纹扩展量(a-a0) mm
Δamax J值确定的裂纹扩展边界 mm
Δas 与位移s对应的裂纹扩展量 mm
B 试样厚度 mm
Be 试样有效厚度,见式(E.7)定义 mm
BN 两侧槽之间的试样净厚度 mm
CM 试验机的柔度 m/N
表1(续)
符号 说明 单位
C0 试样的弹性柔度 m/N
CS 试样的理论柔度 m/N
E 杨氏弹性模量 GPa
dε/dt 应变速率 s-1
fg 输出频率极限 Hz
F 施加的力 N
Fcd 当出现图1所示不稳定裂纹扩展时所施加的力 N
Ff 预制疲劳裂纹结束阶段的最大力 N
Fgy 屈服力,见GB/T 19748定义 N
Fm 最大力,见GB/T 19748定义 N
Fs 与位移s对应的力 N
Jd 动态J积分 MJ/m2
Jcd 与GB/T 21143中Jc(B)对应的动态J值(B=10mm) MJ/m2
Jg J值确定的裂纹扩展的上边界 MJ/m2
Jd,max 本标准方法定义的Jd-R 材料特性的极限值 MJ/m2
Jud 与GB/T 21143中Ju(B)对应的动态J值(B=10mm) MJ/m2
J0.2Bd 与GB/T 21143中J0.2BL(B)对应的动态J值(B=10mm) MJ/m2
dJd/dt 动态J积分变化速率 MJ/m2s-1
Kd 动态应力强度因子 MPa·m0.5
KJd 由J积分计算得到的动态应力强度因子 MPa·m0.5
KIdyn(t) 冲击响应曲线法中的即时应力强度因子 MPa·m0.5
KId 平面应变动态断裂韧性 MPa·m0.5
KJcd 由解理脆断发生时刻J积分值计算得到的动态应力强度因子 MPa·m0.5
dKd/dt 动态应力强度因子的变化速率 MPa·m0.5s-1
KV 冲击吸收能量,见GB/T 229定义 J
KV0 当摆锤降低冲击速度至v0时所对应的有效势能 J
M 摆锤试验机打击锤的总质量 kg
n 应变硬化指数 -
N 有效试样数量 -
Rfd 动态流变应力,定义为动态屈服强度与动态抗拉强度的平均值 MPa
Rmd 在断裂韧性试验相同应变速率下的动态抗拉强度 MPa
Rpd 在断裂韧性试验相同应变速率下的动态屈服强度 MPa
Rp 准静态应变速率下的屈服强度 MPa
s 试样位移(根据GB/T 19748计算得到) mm
4 原理
采用GB/T 19748规定的仪器化冲击试验机对疲劳预制裂纹的夏比试样实施冲击试验,采用断裂力学
的方法基于表2和图1所反映的力-时间曲线评价材料的断裂韧性与其他动态断裂力学性能,图2给出了
评价断裂性能和判断有效性的逻辑结构。本标准扩展了GB/T 229所实施的针对V型缺口试样的夏比冲
击试验。当有效性条件满足时,本标准也可以用来开展“主曲线法”(MasterCurve)参考温度点的评价[2]。
表2 拟测定的断裂韧性
5 试样
5.1 应根据GB/T 229制作深度为2.0mm的V型缺口夏比冲击试样,并预制疲劳裂纹。
5.2 试样通过弯曲疲劳预制的初始裂纹长度a0,应满足0.30≤a0/W≤0.70要求。如果J 值的结果需
同标准全尺寸试样所得的断裂韧性值直接比较,例如J0.2BL(见 GB/T 21143相关规定),则应满足
0.45< a0/W< 0.70的条件。由于试样刚度越大越容易提高试验的成功率,因此制备较短的裂纹长度更为适宜。
5.3 为便于预制疲劳裂纹,可在试样上预先机加工或电火花切割出线槽。若试样上已有V型缺口,则
疲劳裂纹可在原缺口根部开始预制。机加工缺口的长度am应比所要求的初始裂纹长度a0至少短1mm。
5.4 在最后的1.3mm或50%的预裂纹扩展量时,取两者较小值。最大疲劳预制裂纹力Ff应取式(1)
或式(2)的较小者。
5.5 当疲劳预制裂纹在温度T1下进行、试验在温度T2下进行时,式(2)中的Ff应乘以修正系数Rp
[T1]/Rpd[T2],这里的Rp[T1]是温度T1时的准静态屈服强度,而Rpd[T2]是在温度T2时的动态屈服
强度。应取Rp[T1]和Rpd[T2]的较小值代入式(1)得到Ff。
5.6 试样疲劳预裂后,可采用V型切削刀具根据GB/T 229的要求在试样两侧开1.0mm深的侧槽。
推荐测定所有的Jd-Δa阻力曲线的试样都开侧槽。有关裂纹长度测量的具体要求,见9.4.2。
6 试验机
6.1 可采用附录A规定的试验机进行试验。无论采用何种类型试验机,其冲击锤刃与砧座的尺寸应
符合GB/T 3808要求。
6.2 试验机的仪器化与校准程序应符合GB/T 19748的规定。
6.3 对于能够记录完整力信号(即力信号返回至测量基准线)的试验,冲击吸收总能量KV 与仪器化积
分总能量Wt的差值应小于KV 值的±15%或±1J,取两者较大值。如无法满足上述要求且偏差未超
过KV 值的±25%或±2J,取两者较大值,则可以通过修正力测量值的方式达到KV=Wt,见参考文
献[3]。若偏差超过KV 值的±25%或±2J,则试验无效,并需对仪器化冲击锤刃进行校准后方能按
需重新试验。如试验中无法记录完整的力信号(如试样在试验中飞出而非全部打断),则需采用相同的
试验装置和至少5个具有近似冲击吸收能量的夏比试样(预裂试样、无预裂试样或两者混合)开展验证
试验,验证试验应能记录完整的力信号,且KV 与Wt的偏差应小于KV 值的±15%或±1J,取两者较大值。
7 试验程序和测量
7.1 总则
按照GB/T 229进行夏比冲击试验,可用其他类型的试验机见附录A。根据GB/T 19748记录力-
位移曲线,并以此测定关键结果参数Fm、Fcd,、W m和Wt。除GB/T 19748规定的程序外,本标准也给
出了测定冲击速度、能量与裂纹长度的特定方法。通过这些基本数据可用于评测断裂韧性参数,见附录
D~附录F。
注:本标准中的Fcd对应于GB/T 19748中的Fiu(不稳定裂纹扩展起始力)。
7.2 冲击速度
本标准所实施的试验冲击速度v0高于GB/T 21143所规定的试验速度,通常所采用的冲击速度范
围为1m/s~5.5m/s。
注1:通过调节冲击锤刃的释放角度(高度),可以改变摆锤式或落锤式冲击试验机的冲击速度。
注2:可以通过以下方式降低冲击速度至v0:在砧座无试样状态下将摆锤降低至合适角度(高度)释放。通过摆锤
指针(或角度编码器等模拟标尺)的方式读出空摆能量KV0(单位为J)。如摆锤式冲击试验机标称能量为300J
的话,则降低后的冲击速度按式(3)计算得到。
根据所使用的摆锤试验机实际最大势能,替代式(3)中的300,计算冲击速度v0。降低后较小的速度(如1m/s~2m/s)更
有利于试验,特别是针对脆断行为,这是因为较小的冲击速度降低了打击试样产生的振荡幅,并且增加了试样
受载至起裂时长tf内的有效载波数(见8.2)。
7.3 断裂时长
当tf至不稳定裂纹扩展起始时长小于3τ时,τ为仪器化测力信号的波动周期,则表明断裂发生在
所记录的力-时间或力-位移曲线上小于3个载波振荡信号之后。此时,由于力值信号的振荡干扰已无
法从所记录的力信号中准确辨识试样启裂时刻,同时也无法使用本标准进行后续试验评价,见图1中I
型曲线,并参见参考文献[4-6]。对此,建议在后续试验中适当降低冲击速度以增加试样断裂前有效的
振荡载波数。
注:当试样受载至启裂时长tf< 3τ时,可以采用有关动态评价方法而不是测力的方式确定tf,例如冲击响应曲线法
和裂纹尖端应变片法,参见附录C。
7.4 多试样试验
通过多试样法测定动态Jd-Δa阻力曲线时,当稳态裂纹扩展了特定量Δa时中止断裂过程,重复试
验直到有足够多的有效数据点绘制Jd-Δa阻力曲线,相关的步骤见附录D。
7.5 单试样试验
本标准采用“归一化方法”,见附录E,也可采用文献报道的其他单试样技术。
7.6 试验后的裂纹长度测量
试样在试验后应被打断,进行断口检查测定原始裂纹长度a0及在试验过程中发生的稳定裂纹扩展
量Δa(若可行)。测量原始裂纹长度与稳定或不稳定裂纹扩展量(如适用)时,应采用GB/T 21143规定
的方法(即9点平均法)。无论何种情形,均应在报告中记录不规则裂纹前缘的情况。
注1:对于某些试验,有必要在试样打断之前标记出稳定裂纹扩展的范围。稳定裂纹扩展量可以通过加热着色(氧
化发蓝)或试验后二次疲劳的方法标记。注意尽量减小试验后试样的变形。对于具有韧脆转变特性的材料可
以预先冷却试样,有助于确保打断试样时发生脆断而减小变形。
注2:若加热着色(氧化发蓝)后试样断口上疲劳裂纹、稳定扩展裂纹与脆性裂纹间反差较小,使用显微镜测定裂纹
长度时宜采用暗场照明或滤镜。对断口进行数码拍摄,并随后借助数字化图像分析软件更有助于获得可靠的结果。
8 断裂力学参数的计算
8.1 基于试样不同的断裂行为评价其特征断裂韧性参数,表2描述的力-位移曲线类型分别与不同的
断裂行为对应。因此,通过试验测得力-位移或力-时间曲线后应根据图1确定与之对应的曲线类型。
8.2 当出现与图1中I型或II型曲线所示的不稳定断裂情形时,需根据叠加在力信号上的振荡情况选
择适合的评价方法如下:
a) 如果断裂发生在三个波动周期之内,即tf< 3τ,则在后续试验中应降低冲击速度以减轻力信号
的振荡效应。针对此类情形,也可以采用附录C提供的动态分析方法。
b) 如果断裂发生在至少三个波动周期之后,即tf≥3τ,则应采用附录 H提供的公式评价J 积分
断裂韧性(Jcd或Jud),并根据附录G评价断裂韧性结果的有效性。
8.3 当出现如图1中Ⅲ型或Ⅳ型曲线所示的稳定裂纹扩展情形时,应采用附录D的多试样法或附录E
的单试样法确定Jd-Δa曲线。应根据附录G对结果进行有效性检查。
a) 附录D给出了多试样法与相应Jd-Δa阻力曲线的评定步骤。
b) 本标准采用“归一化方法”的单试样技术测定Jd-Δa阻力曲线的数值解或解析解,见附录E。
也可采用文献报道的其他单试样技术,如基本关键曲线法[7-9]、解析化三元参数法[10,11]等。
8.4 附录F提供了从动态裂纹扩展阻力曲线上测定特征断裂韧性结果参数[J0.2Bd或J0.2Bd(10)]的方法,
同样需根据附录G评价结果的有效性。
8.5 给出断裂韧性结果的同时应在括号中注明相应的加载速率,估测加载速率的方法见式(4)~
式(6)。
8.6 一些断裂韧性评价程序或结果有效性核查需要特定应变速率下材料的动态屈服强度,此时可根据
GB/T 30069.2测定相应的参数,参考附录B也可估测相关的应变速率。
9 试验报告
9.1 报告结构
根据本标准编制试验报告,应包括4个部分(见9.2~9.5),被测材料的描述、试样和试验条件,包括
试验环境都应按9.2注明。疲劳预裂见9.3,裂纹前缘的平直度和裂纹长度的数据都应符合9.4。试验
得到的断裂参数应符合9.4的有效性要求。
9.2 试样、材料和试验环境(参见附录I.1)
9.2.1 试样描述包括:
---试样编号;
---裂纹面取向;
---取样位置。
9.2.2 试样尺寸包括:
---厚度B 和净厚度BN,单位为毫米(mm);
---宽度W,单位为毫米(mm);
---初始相对裂纹长度,a0/W。
9.2.3 材料描述包括:
---材料的成分和标识编号;
---产品形状(板,锻造,铸造等)和状态;
---在疲劳预裂温度下的拉伸性能,参考值或测量值;
---在试验温度下的拉伸性能,参考值或测量值。
9.2.4 试验环境包括:
---温度,单位为摄氏度(℃);
---锤刃冲击速度,单位为米每秒(m/s);
---采用试验机的类型与特征。
9.3 预制疲劳裂纹的条件
预制疲劳裂纹的条件包括:
---Kf,单位为兆帕平方根米(MPa·m0.5);
---Ff,单位为千牛(kN);
---预制疲劳裂纹温度,单位为摄氏度(℃)。
9.4 试验数据的判定
9.4.1 限定条件
所有数据均应满足特定要求以符合本方法的判定条件,只有满足判定条件的数据才能根据本方法
用于定义冲击加载速率下的断裂韧性。建议参照附录I的表格形式编排9.4.2~9.4.4所描述的数据。......
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相关标准: GB/T 38806|GB/T 17394.1|GB/T 12347|GB/T 38806|GB/T 38769-2020|GB/T 38769|