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ICS77.040.10H22中华人民共和国国家标准GB/T24522—2020/ISO22889:2013代替GB/T24522—2009金属材料低拘束试样测定稳态裂纹扩展阻力的试验方法Metallicmaterials—Methodoftestforthedeterminationofresistancetostablecrackextensionusingspecimensoflowconstraint(ISO22889:2013,IDT)2020-06-02发布2020-12-01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Ⅳ…………………………………………………………………………………………………………1范围1………………………………………………………………………………………………………2规范性引用文件1…………………………………………………………………………………………3术语和定义2………………………………………………………………………………………………4符号和说明2………………………………………………………………………………………………5一般要求3…………………………………………………………………………………………………5.1概述3…………………………………………………………………………………………………5.2试样4…………………………………………………………………………………………………5.3试验前的要求7………………………………………………………………………………………5.4试验设备8……………………………………………………………………………………………5.5试验要求13……………………………………………………………………………………………5.6试验后裂纹测量14……………………………………………………………………………………6δ5-Δa阻力曲线和CTOA的确定17……………………………………………………………………6.1总则17…………………………………………………………………………………………………6.2试验步骤18……………………………………………………………………………………………6.3R-曲线图18……………………………………………………………………………………………6.4临界CTOA的测定20………………………………………………………………………………7试验报告21…………………………………………………………………………………………………7.1通则21…………………………………………………………………………………………………7.2试样、材料和试验环境21……………………………………………………………………………7.3试验数据的有效性判定22……………………………………………………………………………7.4δ5-Δa曲线的判定23…………………………………………………………………………………7.5Ψc的判定14…………………………………………………………………………………………附录A(资料性附录)试验报告实例24……………………………………………………………………附录B(资料性附录)测量裂纹尖端张开位移δ5的装置28……………………………………………附录C(资料性附录)裂纹尖端张开角Ψ的确定30……………………………………………………附录D(资料性附录)断裂韧度特征值的测定38…………………………………………………………ⅠGB/T24522—2020/ISO22889:2013前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准代替GB/T24522—2009《金属材料低拘束试样测定稳定裂纹扩展阻力的试验方法》,与GB/T24522—2009相比,除编辑性修改外主要技术变化如下:———修改了规范性引用文件,用国际标准代替了我国标准(见第2章,2009年版的第2章);———增加了试样最大缺口宽度的要求(见5.2.2.3,2009年版的5.2.2.3);———修改了紧凑拉伸试样中最大预制疲劳载荷的限制条件(见5.2.2.4.3,2009年版的5.2.2.4.3);———修改了中心裂纹拉伸试样中最大预制疲劳载荷的限制条件(见5.2.2.4.4,2009年版的5.2.2.4.4);———更正了式(3)中的错误,将a更改为a0(见5.2.2.4.4,2009年版的5.2.2.4.4);———将紧凑拉伸试样a0/W比值范围从0.45~0.65修改为0.40~0.70[见5.6.1.3a),2009年版的5.6.1.3a)];———修改了预制疲劳裂纹的长度要求[见5.6.1.3d),2009年版的5.6.1.3d)];———增加了最小裂纹扩展量Δamin,并增加了式(12)(见6.4.2、6.4.3,2009年版的6.4);———修改了数据判定的检查表[见7.3.5d)、7.3.5e),2009年版的7.3.5d)、7.3.5e)]。本标准使用翻译法等同采用ISO22889:2013《金属材料低拘束试样测定稳态裂纹扩展阻力的试验方法》。与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:———GB/T12160—2019金属材料单轴试验用引伸计系统的标定(ISO9513:2012,IDT)———GB/T16825.1—2008静力单轴试验机的检验第1部分:拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准(ISO7500-1:2004,IDT)———GB/T20832—2007金属材料试样轴线相对于产品织构的标识(ISO3785:2006,IDT)———GB/T21143—2014金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法(ISO12135:2002,MOD)本标准做了下列编辑性修改:———图4的子图的次序进行了重新安排。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:武汉钢铁有限公司、东莞材料基因高等理工研究院、华东理工大学、力试(上海)科学仪器有限公司、深圳万测试验设备有限公司、冶金工业信息标准研究院、中核武汉核电运行技术股份有限公司、内蒙古包钢钢联股份有限公司、中国石油大学(北京)。本标准主要起草人:李荣锋、涂善东、张显程、董莉、刘冬、尚伦、王琼琦、王斌、黄星、刘明辉、唐毅、张建军、帅健、侯慧宁。本标准所代替标准的历次版本发布情况为:———GB/T24522—2009。ⅢGB/T24522—2020/ISO22889:2013引言ISO12135:2002采用紧凑拉伸试样和弯曲试样确定稳态或失稳裂纹扩展起始点的特定断裂韧度,以及稳态裂纹扩展阻力。由于这些试样类型具有近方形剩余韧带,而维持裂纹尖端处于高拘束状态。如果满足尺寸要求,由此测定的KⅠC、δ0.2BL、J0.2BL对尺寸不敏感,并被认为是断裂韧度下限值。尽管没有特别说明,其裂纹扩展阻力曲线(R-曲线)同样对尺寸是不敏感的。工程实践过程中,有些情况没有被ISO12135:2002所覆盖,例如:———试样厚度远低于采用ISO12135:2002测定尺寸不敏感性断裂性能的试样厚度要求;———可用的材料厚度不能保证经加工的试样满足尺寸不敏感性判据;———结构件的受力状态是拉伸而不是弯曲。这些情况下结构件的拘束状态比ISO12135:2002中规定试样的低,因此基于ISO12135:2002的试验结果会导致过低预测结构件的裂纹扩展阻力和承载能力。ⅣGB/T24522—2020/ISO22889:2013金属材料低拘束试样测定稳态裂纹扩展阻力的试验方法1范围本标准规定了含裂纹的低拘束易塑性变形均质金属材料在承受准静态加载时稳态裂纹扩展阻力、裂纹张开位移δ5和临界裂纹尖端张开角Ψc的测定方法。对含缺口的紧凑拉伸试样和中心裂纹拉伸试样,通过疲劳预制裂纹,在缓慢增加位移量的条件下进行试验。本标准描述的试验方法涵盖那些不满足断裂性能尺寸不敏感的试样,例如尺寸相对较薄的紧凑拉伸试样和中心裂纹拉伸试样。本标准给出了测定裂纹扩展阻力曲线(R-曲线)的方法。与ISO12135:2002测定紧凑拉伸试样断裂韧度特征值类似,在附录D中给出了采用中心裂纹拉伸试样测定断裂韧度特征值的方法。裂纹扩展阻力的测定可以使用多试样法和单试样法。多试样法要求将多个名义上相同的试样加载到不同位移。通过对韧性裂纹扩展区域的标识以及随后的断口裂纹扩展量的测量得到裂纹扩展阻力曲线。只要能够满足符合规定的精度要求,基于卸载柔度法和电位法的单试样法也能够测量裂纹扩展。推荐的单试样法由ISO12135:2002描述。无论哪种方法,目的是获得足够多的数据点,以充分地描述材料裂纹扩展阻力行为。测定δ5相对简单易行。δ5的结果由阻力曲线表示,显示裂纹扩展在限定范围内的唯一性。远离该限定范围,紧凑拉伸试样的δ5阻力曲线显示了对试样宽度的强依赖性,而中心裂纹拉伸试样的δ5阻力曲线显示了对试样宽度的弱依赖性。CTOA的试验确定较δ5困难。临界CTOA由裂纹扩展一定程度后达到的稳定值表示。CTOA的概念可以应用于裂纹扩展量非常大的场合,适用性超过现有δ5的应用范围。两种裂纹扩展阻力的测定均适用于结构评估。δ5的概念是完整的,通过基于简单裂纹驱动力公式的现有评估步骤,可以应用于结构完整性问题。CTOA的概念总的来讲更准确。在结构应用方面需要数值方法,如有限元分析。研究表明对紧凑拉伸试样和中心裂纹拉伸试样加载,直到最大载荷,稳定的CTOA与唯一的阻力曲线密切相关。在δ5阻力曲线和临界CTOA之间建立解析的或数值的关系还有待进一步研究。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。ISO3785金属材料试样轴线相对于产品织构的标识(Metallicmaterials—Designationoftestspecimenaxesinrelationtoproducttexture)ISO7500-1金属材料静力单轴试验机的检验第1部分:拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准(Metallicmaterials—Calibrationandverificationofstaticuniaxialtestingmachines—Part1:Tension/compressiontestingmachines—Calibrationandverificationoftheforce-measuringsystem)ISO9513金属材料单轴试验用引伸计的标定(Metallicmaterials—Calibrationofextensometersystemsusedinuniaxialtesting)ISO12135:2002金属材料准静态断裂韧度的统一测定方法(Metallicmaterials—Unified1GB/T24522—2020/ISO22889:2013methodoftestforthedeterminationofquasistaticfracturetoughness)3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1裂纹张开位移crackopeningdisplacement;CODδ5在预制疲劳裂纹尖端,裂纹两表面相对于原始未变形的裂纹平面的垂直位移,该位移在试样表面裂纹尖端5mm原始标距测量。3.2裂纹尖端张开角cracktipopeningangle;CTOAΨ距当前裂纹尖端位置后面1mm处测量的(或计算的)裂纹两表面形成的相对角度。3.3稳态裂纹扩展stablecrackextensionΔa在位移控制下的裂纹扩展量,只随位移量的增加而增加。3.4裂纹扩展阻力曲线crackextensionresistancecurveR-曲线δ5随裂纹稳态扩展量Δa的变化曲线。3.5临界裂纹尖端张开角criticalcrackt