书 书 书犐犆犛 ７７ ． ０４０ ． １０ 犎 ２２ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 ２４１８５ — ２００９ 逐级加力法测定钢中 氢脆临界值试验方法 犜犲狊狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狅犳犺狔犱狉狅犵犲狀犲犿犫狉犻狋狋犾犲犿犲狀狋狋犺狉犲狊犺狅犾犱犻狀 狊狋犲犲犾犫狔狋犺犲犻狀犮狉犲犿犲狀狋犪犾狊狋犲狆犾狅犪犱犻狀犵犿犲狋犺狅犱 ２００９  ０６  ２５ 发布 ２０１０  ０４  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 发布书 书 书前 　　 言 　　 本标准参照 ＡＳＴＭＦ１６２４０６ 《 用逐级加载技术测定钢中氢脆临界值试验方法 》 制定 。 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归口 。 本标准起草单位 ： 上海材料研究所 。 本标准主要起草人 ： 王滨 、 陈华锋 、 李光福 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ２４１８５ — ２００９ 引 　　 言 　　 氢脆是由进入钢中的氢引起的 ， 氢在残余应力或服役时产生的外部应力作用下会使材料发生断裂 。 酸洗或电镀等工艺过程 ， 或处于阴极保护条件下都可能在钢中产生氢 。 本方法可用于快速确定这些工 艺过程中产生的残余氢的影响 ， 或者定量确定一定充氢条件下材料的氢脆敏感性 。 当预裂纹试样的残余应力和工作应力之和大于某一应力值时就会发生延迟断裂 （ 有限寿命 ）， 小于 这一应力值时就不会断裂 （ 无限寿命 ）， 该应力值称为临界应力 ［ 对于预裂纹试样则称为临界应力强度 （ 犓 ）］。 采用缺口试样的持久载荷  失效时间试验可以测定产生氢应力破裂的临界应力 ， 但需要较多试 样 、 多台高载荷能力的试验机和几千小时以上的试验时间 。 本标准提供了一个只需要少量试样在一台设备上用一周以内的时间即可完成的加速试验方法 ， 它 可用于确定钢中产生初始氢应力破裂的临界应力或临界应力强度 。 Ⅱ 犌犅 ／ 犜 ２４１８５ — ２００９ 逐级加力法测定钢中 氢脆临界值试验方法 １ 　 范围 本标准规定一种用逐级加力法测量钢中氢脆临界应力值和临界应力强度值的符号与说明 、 原理 、 试 验设备 、 试样 、 试验程序和试验报告 。 本标准适用于定量评估钢的氢脆敏感性 ， 或冶炼 、 热加工 、 表面处理等加工过程产生的钢内残余氢 以及环境外部氢对钢性能的影响 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。 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标准 ， 然而 ， 鼓励根据本标准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标准 。 ＧＢ ／ Ｔ２２８ 　 金属材料 　 室温拉伸试验方法 （ ＧＢ ／ Ｔ２２８ — ２００２ ， ｅｑｖＩＳＯ６８９２ ： １９９８ ） ＧＢ ／ Ｔ４１６１ 　 金属材料 　 平面应变断裂韧度 犓 ＩＣ 试验方法 （ ＧＢ ／ Ｔ４１６１ — ２００７ ， ＩＳＯ１２７３７ ： ２００５ ， ＭＯＤ ） ＧＢ ／ Ｔ１５９７０．７ 　 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 （ ＧＢ ／ Ｔ１５９７０．７ — ２０００ ， ｉｄｔＩＳＯ７５３９７ ： １９８９ ） ＧＢ ／ Ｔ１６８２５．１ 　 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 （ ＧＢ ／ Ｔ１６８２５．１－２００８ ， ＩＳＯ７５００１ ： ２００４ ， ＩＤＴ ） ３ 　 符号与说明 本标准使用的符号及相应的说明见表 １ 。 表 １ 　 符号与说明 符 　 号 说 　　 明 犉 试验力 犉 ｍ 拉伸试验时得到的最大力 犉 ｉ 在位移控制条件下采用逐级加力法使在给定加力速率和环境条件的试样萌生裂纹时所承受 的试验力 犉 ｉ 狀 第 狀 个试样的 犉 ｉ 犉 ｔｈ 犉 ｉ 不随加力速率变化时的临界值 犃 ｎｅｔ 试样的最小横截面积 σ ｔｈ 由 犉 ｔｈ 除以试样的最小横截面积 犃 ｎｅｔ 得到的氢脆应力临界值 σ ｔｈＥＨＥ 试验在给定的充氢环境下进行时 ， 试样由外部氢引起的氢脆临界应力值 １ 犌犅 ／ 犜 ２４１８５ — ２００９ 表 １ （ 续 ） 符 　 号 说 　　 明 σ ｔｈＩＨＥ 试验在空气中进行时 ， 试样由内部氢引起的氢脆临界应力值 犓 ｔｈＥＨＥ 试验在给定的充氢环境下以给定的加力速率进行时 ， 试样由外部氢引起的氢脆应力强度临 界值 犓 ｔｈＩＨＥ 试验在空气中以给定的加力速率进行时 ， 试样由内部氢引起的氢脆临界应力强度值 犓 ＩＥＨＥ 试验在给定充氢环境下进行时 ， 试样由外部氢引起的恒定的氢脆临界应力强度值 犓 ＩＩＨＥ 试验在空气中进行时 ， 试样由内部氢引起的恒定的氢脆临界应力强度值 ４ 　 原理 通过逐级降低施加于不同试样上的加力速率 ， 使氢扩散并产生裂纹 ， 当位移保持不变的情况下 ， 试 验力将随裂纹萌生而减小 ， 通过试验力  时间曲线可以得到氢脆临界应力或临界应力强度值 。 ５ 　 试验设备 试验机的测力系统应按照 ＧＢ ／ Ｔ１６８２５．１ 的要求进行校准 ， 其准确度应为 １ 级或优于 １ 级 。 如需在规定环境条件下进行试验 ， 试验装置应能提供所需要的试验环境 。 试验设备应能记录试验力  时间曲线 。 ６ 　 试样 ６ ． １ 　 试样分为断裂力学试样和实物试样 。 ６ ． １ ． １ 　 断裂力学试样应符合 ＧＢ ／ Ｔ４１６１ 的要求 。 注 ： 为保证试验结果的准确 ， 预制疲劳裂纹时的最大应力应低于任一所测的氢致裂纹扩展的应力值的 ６０％ 。 ６ ． １ ． ２ 　 实物试样是将产品实物作为试样 ， 如紧固件 。 注 ： 对实物试样 ， 同种材料不同形状或尺寸的试样试验结果会不同 。 ６ ． ２ 　 试样数量一般为 ５ 个 ～ １０ 个 。 ７ 　 试验程序 ７ ． １ 　 试验前按 ＧＢ ／ Ｔ２２８ 规定的试验速率对试样施加试验力直至断裂 ， 测出最大力 犉 ｍ 。 ７ ． ２ 　 用逐级加力法对其余试样施加试验力达到 犉 ｍ 时 ， 每级增加的试验力值应相等 ， 其值取决于要求 的试验准确度 。 如对于准确度为 ５％ 的试验 ， 每级增加的试验力为 ５％ 犉 ｍ ， 共分 ２０ 级加力 。 １ ＃ 试样每 级试验力的保持时间一般为 １ｈ 。 随后的试样每级试验力的保持时间一般为前一个试样的 ２ 倍 ， 如图 １ 中所示的 ２ ＃ 和 ３ ＃ 试样 。 为节省试验时间 ， 建议当试验力超过 ０．５ 犉 ｉ 狀 时对每级的试验力保持时间加倍 ， 如图 １ 中所示的 ４ ＃ 试样 。 ２ 犌犅 ／ 犜 ２４１８５ — ２００９ 图 １ 　 逐级加力法确定临界应力的示意图 ７ ． ２ ． １ 　 对 １ ＃ 试样进行分级施加试验力 ， 每级施加的试验力为 ５％ 犉 ｍ ， 每级试验力的保持时间为 １ｈ ， 记 录试验力  时间曲线 ， 从曲线上观察到试验力的下降量超过试验的准确度 （ 如 ５％ ） 时 ， 记录此时裂纹萌 生时的试验力 犉 ｉ１ （ 见图 １ ）。 犉 ｉ 狀 （ 狀 ＝１ ， ２ ， ３ ……） 的确定方法如下 ： ７ ． ２ ． １ ． １ 　 如果试验力下降时 ， 试验力  时间曲线形状呈凸形 ， 即试验力下降速率是逐渐增加的 ， 则可认 为此时裂纹开始在试样中扩展 ， 试验力开始下降时的值为裂纹形成的试验力 犉 ｉ 狀 ［ 见图 ２ａ ）］。 ７ ． ２ ． １ ． ２ 　 如果试验力下降时 ， 试验力  时间曲线形状呈凹形 ， 即试验力下降速率是逐渐降低的 ， 此时不 能认为是裂纹形成时的试验力 犉 ｉ 狀 ［ 见图 ２ｂ ）］。 这种现象是由于裂纹尖端应力大于等于试样的屈服强 度使试样产生塑性变形 、 试样蠕变或试验设备等因素所造成的 。 ７ ． ２ ． １ ． ３ 　 如果试验力下降时 ， 试验力  时间曲线形状是从凹到凸的 ， 即试验力下降速率从恒定不变或逐 渐下降过渡到逐渐增加 ， 那么曲线拐点处的力值也可定义为裂纹形成的试验力 犉 ｉ 狀 ［ 见图 ２ｃ ）］。 ａ ｂ ｃ 图 ２ 　 裂纹开始扩展时的试验力的定义 ７ ． ２ ． ２ 　 随后的样品采取相同的加力级数但每级试验力的保持时间较前一个试样加倍的方法进行试验 ， 由此可得出更低的裂纹萌生时的试验力 犉 ｉ 狀 （ 见图 １ ， 犉 ｉ２ 每级试验力的保持时间为 ２ｈ ， 犉 ｉ３ 每级试验力的 保持时间为 ４ｈ ）。 ７ ． ３ 　 如此试验直至获得不随试验速率变化的恒定的裂纹萌生时的试验力临界值 犉 ｔｈ 。 犉 ｔｈ 的确定方法 如下 ： ７ ． ３ ． １ 　 对于裂纹扩展速率较快的材料 ， 一般将试验力下降 ５％ 犉 ｍ 作为裂纹开始扩展的界线 ； 对于裂纹 ３ 犌犅 ／ 犜 ２４１８５ — ２００９ 扩展速率很低的材料 ， 则可采用小于 ５％ 犉 ｍ 的试验力下降量作为裂纹开始扩展界线 ， 这样更便于试验 力下降的直观检测 。 ７ ． ３ ． ２ 　 如果施加试验力后立即检测出试验力的下降 ， 则 犉 ｔｈ 应为保持试验力恒定的最后一级的试验 力值 。 ７ ． ３ ． ３ 　 如果试验力在某级应保持恒定 狔 小时 ， 而实际 狓 小时后就出现试验力下降 （ 狓 ＜ 狔 ）， 则 犉 ｔｈ 应为 前一级的试验