【国家标准(GB)】 铁素体钢平面应变止裂韧度 KIa 试验方法

ICS 77. 040. 10
中华人民共和国国家标准
GB/T19744-2005
铁素体钢平面应变止裂韧度KI，试验方法Determining plane-strain crack-arrest fracture toughness, K 1. ,of ferritic steels2005-05-13发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总周中国国家标准化管理委员会
2005-10-01实施
GB/T 19744—2005
本标推修改采用ASTME1221-96%铁索体钢平断应变止裂韧度K1.试验方法》，本标根据ASTM E1221 96 重新起草，为了方便比较.在附录 D中列出了本标准章条编号与ASTME122195章条编号的对照一览表。考虑到我国国情，在采用ASTME1221-96时，本标准做了一些修改，有关技术性差异已编入正文中并在它们所涉及的条款的页边空白处用垂直单线标识。在附录E中给出了这些技术性差异及其原因的一览表以供参考。
为便于使用，本标准还做了下列编性修改：e）单位采用国际单位制：
h）载荷符号由P改为F,裂纹端张开位移符号由改为V；增加了第4章；
d）翻去 ASTM Et221-96 的参考文献;标准中的图均按我国绘图习惯绘制。e
本标准附录A是规范性附录，附录3附录C晰录D和闭录E是资料性附录。本标准由原国家治金工业局提出，本标准由全国钢标准化技术委员会归口。本标准起草单位：钢铁研究总院。本标摊主要起算人离恰斐，张廷。1范围
铁素体钢平面应变止裂韧度KI试验方法GB/T19744—2005
本标准规定了铁素体钢平闭应变止裂韧度K！成验方法的符号、定义，试详，试验设备、试验差序，试验结果的处理和计算以及试验报告。本标准适用于侧面开槽，裂纹线形加载试样，在裂纹前缘获得拉伸逝裂的快速止裂部分，本标准凝供了裂止裂后短时间内的应力强度因子的静态分析方法，估计值定义为K。，当尺满足要求时、估计值为该材料的平面应变止裂韧度K本标准适用于室温、低温和高温条件下用紧凑止裂试样(CCA)测定铁素体钢的平面应变止裂韧度KL,并提供了评价拉伸断!1表承可接受程度的方法和止裂裂纹长度的测定方法（见附录A)，本标准要求试样平面尺寸足够大，允许对试样进行模拟线弹性分析，厚度要满足平面应变条件，2规范性引用文件
下列文作中的条款通过本标雅的引用而成为本标的系款。凡是注扫期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用丁术标准，然面，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/1228—2002金属材料室温拉伸试验方法（cVIS0)6892：1998）GB/T229--1994金属夏比缺口冲击试验方法(cq1S(1148：1983,1SO83:1976)(GB/T6803—1986铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法GB/T8170数值修约规姆
GB/10623金属力学性能试验术语GB/T 12160--2002单轴试验用引伸计的标定（IS0 9513：1999,Calibratio of exlen8omelersused in uniaxial testing,IDTIS0 12737---1996 Metallic materials Ietermination of plane strain fracture toughness3术语和定义
GB/T 10623确立的以及下列术语和定义适用于本标推。3. 1
裂纹止裂断装韧度
rack - arrest fracture toughnessK
裂纹刚刚止裂时的应力强度因子值。3.2
平面应变裂纹止裂断裂韧度plane-strain crack-arrest fracture toughnessKia
裂纹前缘处于平面成变状态下的製纹止裂韧度值。3.3
平面应变裂纹止裂断裂韧度条件值Iconditiunal value of he planestraiti crack-arrestfracture loughness
根据试验结果计算得到的K1.条件值，还需进行有效性判据。GB/T 19744—2005
裂纹启裂应力强因子 stress intensity factor at crack initiationK。
快速断裂开始时的应力强度因子值。4符号
本标准所用符号、名称及单位见表1。表 1符号、名称及单位
试样快门长度
正裂裂纹长度
乎均止裂发纹长度
·缺口克度
缺口根部半轻
侧槽底部半径
试样厚度
崴样净厚度（裂纹平面）
试样宽度
试样的半高度
试样加教中心孔距试样前端的距离杨氏模量
动态届服强度
静态屈服强度
加载/卸载次数
超始位
止裂位移
第加载循环位移谢置
总累和位移偏置
应力强度固子
最大力
裂纹启裂应力强度用子
裂纹裂断裂刻度
平面虚变止裂断裂度条件慎
平面应变型效止裂断韧度
试验温度
圆周率
5试验原理
GB/T19744—2005
当结构存在韧度或应力梯度时，裂纹可能在低划度或高应力区启裂（或在两者共存的条件下启裂），在离韧度或低应力区（或两者共存的另-区域）止裂。一个快速扩展裂纹在很短的时间间内止裂时的应力强度因子值是衡最裂纹在该种材料止裂的能力。这种应力强度因子值便用动态分析方法确定，该值提供了定义为K的裂纹止裂断裂韧度值，静态分析方法比较简单，可以在裂纹止裂后约1ms～2 ms之内确定K值。这种方武得到的裂纹止裂断裂韧度值的估计值被定义为K。。当宏观动态效应较小时，K，和K。之间的差别也很小。在裂纹端处于平面应变的条件时，裂纹扩展的动态效应也很小。借实验尺寸的试样就可以得到裂纹发生止裂时的K，值，6试样
6. 1 试样形状
适合中、低强度钢的 CCA标难试样如图1 所示。6.2试样尺寸
6.2.1厚度B应为板材全厚度或满足平面应变条件的足够厚度，6.2.2试样侧槽深度为B/8。缺口顶端为脆性合金，缺口脆性焊接后，在试样的上下两面开侧槽。6.2.3CCA 试样的宽度范围为:2B≤W≤8 B.R≤0.250mm±0.125mm
45'±5
H-0. 6 W三0. 005 W
S=(B—Bn)/2±0.01 B
WsW/10
0. 15 Ws,L≤0. 25 W
u.30Wsa.s0.40W
0. 125 w0. 005 W≤0, 250 W±0, 005 W8
图 1适用于中、低强度钢的裂纹线楔型加载 CCA 标准试样6.2.4引伸计应量距离加载线0.25W处的裂纹嘴张开位移。6.2.5为广限制裂纹启裂前的塑性变形，试样必须满足尺寸要求。这些要求依赖于材料的届服强度和K。
6.2.6试样平面内尺寸必须足够大，以满足线弹性分析。9.3给出了允许的裂纹扩展长度。GB/T 19744-—2005
6.3缺口
6.3.1对中、抵强度钢推荐的缺口制作为式是缺口脆性焊接：如图2所示。缺口应有足够宽度W，能够使爆条到达狭缝的底部。在试样全厚度」焊接，焊接工艺可参见录B。被测材料
机加缺
懒性烊接金属
图2对中，低强度钢推荐使用缺口脆性焊接引发裂纹的示意图6.3.2也可以采用其他裂纹前端形状和脆化方法。例如对于高强钢已成功使用的方法是简单的机加工缺口。对于高强度低韧度合金试样的缺口，可以使用电子束焊接。6.3.3缺口长度范围为0.30W，0.40W，有时可以碱少至0.20W。7试验设备和装置
7.1加载系统的柔度
在试验过程中，为了减少加能量的引人，加载系统的乘度比试样柔度要低。为此使用了裂纹线」的楔形加载方式。免费标准bzxz.net
7.2加载装置
加载装置如图3所示，试样放置在垫块上，挚快应有足够厚度以避免楔块和试验机的下平台接触。垫块上的孔应与试样孔对正其孔的直径应是试样孔直径的1.05~.1.15 倍，试验概通过对开口销施力并由加力系统中的力传感器测量所加的力。换
开口销
开口链
图3模块、开口销、试样.禁块排列的示图和标准装置的剖面图7.2.1锲块、开口销、垫块孔和试样孔的表面都应该润滑。可以使用油脂状二硫化钼或其他润滑剂。7.2.2小锥度的楔块和开口销配合使用，用油脂或十润滑剂润滑滑动表面（喷丸处理）可以避免磨损，开口销必须是够长，保证与整个试样厚度相接触：开二销的直径必须足够大，最好使用油脂或于润滑剂，避免试样的塑性叫人。推开可销的直径应比试样孔的直径小0.13mm。为了满足最大张开位移.楔块必须足够长。空冷或油率硬化的T.具钢都适合制作模块和开口销，硬度范围45HRC～55HRC。图4所示锲块和开口销的装配尺寸适合十25.4Ⅱm直径的加载孔。也可以按比例机加T其他直径的孔，对于试样尺寸125mmW<170mm，251mm直径的孔是合适的。在试验温度远远高于无塑性转变温度（测定方法按照GB/T6893一1986时，图3所示装置不能展示止裂的完整部分。在这种情况下，建议使用图5所示的载裁置。M16
整个长度喷丸处现
开口销
CB/T19744--2005
注：图中所给出的尺寸适合于直径25.1mm加载孔.50.8mm厚的试样。对其他尺寸的如载孔和厚度的试样成比例的放。
模块和开口销的推荐儿何尺寸
7.3引伸计
引伸计应不抵于2级准确度。引伸计按GB/T12160标定。建议采用ISO12737-—1996推荐的引伸计设计。为了保证引伸计与试样安装接触的方式随裂纹扩展而不发生变化，图6所示的两种方法均可使用。只要准确度符合要求，其他种类的引伸计也可以用，谨快
侧置的开口销
图5在较高温度下测定试样止裂翻度的加裁装置的截面图一见季祥图
掌件图
注1+A的尺寸应比引伸计替的障度小0.05mm~0.25mm注2：乃口应采用机械固繁或粘接的方式固定在试样上。注3：引神计通过滑入缝隙的方式安装。0.25阶
定惊块
图6借助刀口和定位块的两种引伸计的安装方式，引计离
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8试验程序
8. 1试验数量
每个试验溢度下，应不少于三个有效试验结果。8.2试样尺寸测量
8.2.1测量试样厚度B和裂纹平面的净厚度B.准确到厚灌B的士1%以内。8.2.2测量试样宽度W，准确到宽度W的1:1%以内。8.3温变控制和测量
8.3.1试样道过适当方法加热或玲却到选定的试验温度。对于室温（10℃~35）以上温度的试验，可采用电阻加热方法。对于室温以下温度的试验，可采用将试样放置于低温环境箱的方法（见图7），或者将试样浸泡于冷却介质方法。在开始试验之前，试样在试验温度下要保持足够长的时间，以使试样的温度均匀，温度最大允许偏差土3℃8.3.2通过在试样上表面紧邻侧槽附近（大约距离缺口顶端25mm的距离）焊接的热电偶来测量试样度。在报告试验结果时，试验温度应是将发生快速止裂时的试样温度。12
上横桑：
力传感器；
3—拉压夹头：
一樊块：
开销，
试样；
一垫块：
恒温箱：
下夹头；
下平台，
瓶板，
图7利用循环加数技术便于楔块抽拔的加载装置图示8.4加载程序
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8.4.1本方法使用循环加载技术，却载荷施加给模块，直至快速裂纹启裂或裂纹嘴张开位移（引伸计测量）达到预定的值。如果最大张开位移达到之前，快速断裂还没有开始，就要对试样卸载，直至楔块退离开口销。然后，再以同样的方式对试样加载，直至裂纹快速开裂或达到设定的最火张开位移。在每一个加载循环，充许依次施加较大的张开位移，直至裂纹快速开裂或试验结束。8.4.2记录载倚-裂纹张开位移图。不同加载循环之间的记录不要清零，因为累加的零教荷位移偏置对店面的计算是有用的。
8.4.3对模块施力+直案引伸计测最的裂纹张开位移达到公式(1)推荐的最大值：[(Vp)1-mx=0.69 ReW.B/B
Ef(a/W)
+++++++++( 1?
在位移控制状态下操作试验机，横染的位移速度为2mm/min～12mm/min8.4.4拨出块对试样卸载，准备第二个加载循环。引伸计应保持不动，在卸载和楔块移动过程中，记录零载荷时的位移偏置。按照图7所示拔出锲块和循环加载，装置将被大大简化。关键是压板和楔块要与试验机周紧。
8.4.5不要对记录清零.重新捕入楔块并对模块施力，以与第一循环相尚的位移速率进行。继续加载直至快速裂纹扩展发生或直至位移达到预定的最大值。推荐的最大张开位在第二循坏和随后的循环按公武(2)计算：
[(V.),7m =[1. 0 + 0. 25 (n - 1)][0. 69 RmW R%/R]Ef(a/W)
..--(2)
如果在达到预定位移极限时，不稳定裂纹扩展没有开始，重新卸载并按7.4.4步骤投出模块，逆录不同如载循环下的载荷-位移曲线图.按7，4，4重复试验。姬果要多次进行抑载/卿载，需要重新对楔块和开口销进行润谓
8.4.6通常燥作者褪睿易判断不稳定裂纹的产生,因为可以所见以及在试验记录的曲线图上着见一个然的载荷下降（脆性焊接CCA试样，载荷下降50%~60%，表明产生了足够长的不稳定裂纹）。止裂发生后，成该即卸掉我荷，避免进一步的裂纹扩展。8.4.7如果在随后的加载循环，增加张开位移的同时伴随着载荷的降低；那就意味已发生稳定撕裂，试样快速止裂是不可能的。建议在这郝情说下停止试验，要重新对试样进行机加工，去掉焊球和缺口顶端已发生塑性变形的材料，机期工新的缺口：为广以该试样获得有效效据，在更低的温度下重新试端（降低20℃~-10℃）。位移超过按等式（3)估计的极限，试验就不可能得到成功的结果。(Vu-
1.50Rpo.2WB/B
f(ao/w)
试验成功的试样必须去掉的材料数量大约是缺II尖端附近处于平面应变条件的塑性区的半径，根据（K,/R）\/6x计算得到。必须通过机加工去掉包发生稳态撕裂的足够量的材料。8.5标记止裂裂纹
8.5.1止裂裂纹的位置通过热着色米标记。在260℃~370℃湿度范围，加热时间10min90min标记正裂裂纹前缘，可以将时间与温度任意组合。8.5.2标记究试样的裂纹前缘居，啦将试样断城两半，这通常需要楷助楔形加载置。对于结构钢可以通过干冰或液氮冷却速断裂过程。8.6止裂裂纹长度的测量
8.6.1首光应该检查热肴色后的断口是否显示了严重的不规则性，是否成为显除试验结巢的依据（见附录A），
8. 6. 2 三次测量的平均值规定为止裂裂纹长度 2。在热着色的断口试样厚度中心,中心和侧糖的一GB/T 19744—2005
分之一厚度处等三个位置测量止裂裂纹长度，准确到二1%以内。由于裂纹前缘的不规则性，在某些位置测量裂纹长度是困难的，此时建议取这三个位置为中心,宽为B/4 上的视觉平均值。附录A提供了测定试样裂纹长度的示例。
在裂纹前缘轮廓出现不规则干扰情况时，建议将热着色的断口照片列人试验报告。9试验结果的计算和处理
9.1位移剩量
从载荷-位移自动记录曲线图上，确定几个位移值。图8是通过对试样连续的加载租卸载循环得到的典型的载荷位移图，直到第四个加载循环，才显示出不稳定裂纹扩展。需要测的位移如下：V,mn第1个加载循环结康时的位移偏置=VxiV—第n一1个加载循环结束时的总位移偏置=最后加载循环起始时的总位移偏置一VRV。=不稳定裂纹扩展起始的位移=Vr,；V。=裂纹止裂后大约 0. 1s的位移=VF。V，V一止裂伴随的裂纹张开的快速增加=Vr，一Vr,。注：1、定义为裂纹止裂以后大约2ms时的张开位移。然而，不能使用仪器测量。试验操作慢定V，在裂纹止裂后2m到100m没有明显区别。
YgmVre
V-Vg=Pr-m
F,=Vr,
疆环略径
RaFaRa
RapaRs
独教喷张开伤整以
F（自塑）
图8对试样使用循环加载技术得到的裁花位移图，在第四个加载周期显示了快速止裂9. 2K。和 K的计算
K,和 Kga按公式(4)计算;
KEVf()(B/B)/WI
f(x) = (1 .r)172(0. 7482. 176 z + 3. 56 x*— 2. 55 r + 0. 62 ±) - a/W
9.2. 1 (x)值
表］给出了不同值依据公式(5)计藓得到的F()值，4
9. 2. 2 K. 和 K, 的计算
公武(4)中使用的f(x)值
使用 a-a,Vd、计算 K.,使用α=a.,V=d,计算 K,，d,和d,值如下，dy - V,-Ve.--
d. = Vh -- Vr, - 0. 5LVr.-, - Vr, J+0. 5EV. - V.1 0. 5EV.... V.-- Ve . Vr.-
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如果在第一加载循环，就发生了快速止裂，公式(6)中的V和V均圾值为零。9.3有效性判据
按公式（4)计算得到的K值，如果完全满足表2的判据，就认为是毕面应变止裂韧度值K表2保证K是线弹性苹面应变止裂韧度值的判据特
未断韧带
未断韧带
裂纹扩展盘
裂纹扩展母
W -~ &.20. 15 W
(H)w -.].25 (K,/Ry)
B1.0(K./R)
(E)a. --:(K/Rm.2)/2x
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对于结构钢，定动态属服强度Ryp比静态屏服强度Rys高205MPa，当材料呈现明显屁服清况时,R等于按GB/T 228一2002测定的属服强度，当材料无明显届服时,Rys等于 R0.2，在商应变速率\下，伴随着快速扩展裂纹项端附近的拥服和止裂的突然性都表明Ryb的确切估计值应该比Rrm.2大很多。因此这里用的Rm很大程度上低估了裂纹止裂时对塑性变形的真实有效抗力。9.4有效数字
平面应变止裂韧度值应保留三位有效数字，修约方法按GB/T8170执行。10试验报告
试验报告应包含下辨内容：
）本国家标摧号：
b）试验日期、试样编号、裂纹面取向；树料类型、杨氏模量、阐腰强度和动态届服强度：c
d）试验温度；
脆性焊接的类型、缺口宽度WN、缺口根部半径ee)
f）试样厚度 B、试样宽度W、裂纹面的试样厚度Br、厚度比B%/B;g）标记止裂裂纹前缘的方法、机加工缺的长度、止裂时的裂纹长度a.h）力-位移曲线和相关的计算；i）K。、K（Ki)的订算值：
i）有效性判据1
k）热替色断口显示严重的不规则性时，实验报告应附断口照片。
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