CN110411819B - 一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值kiscc的方法 - Google Patents
一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值kiscc的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110411819B CN110411819B CN201910630882.2A CN201910630882A CN110411819B CN 110411819 B CN110411819 B CN 110411819B CN 201910630882 A CN201910630882 A CN 201910630882A CN 110411819 B CN110411819 B CN 110411819B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- round bar
- sample
- test
- stress
- stress corrosion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
- G01N17/006—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light of metals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0017—Tensile
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
- G01N2203/0062—Crack or flaws
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/0202—Control of the test
- G01N2203/0212—Theories, calculations
- G01N2203/0218—Calculations based on experimental data
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0236—Other environments
- G01N2203/0238—Inert
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0236—Other environments
- G01N2203/024—Corrosive
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/026—Specifications of the specimen
- G01N2203/0262—Shape of the specimen
- G01N2203/0266—Cylindrical specimens
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Description
技术领域
本发明属于金属材料应力腐蚀门槛值KISCC测试领域,具体涉及一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法。
背景技术
由于应力状态和试样形式的多样性,使得应力腐蚀试验方法有多种。归纳起来,加载方式有三种:慢应变速率拉伸试验、恒应变试验以及恒载荷试验。试样形式也有三种类型:光滑试样、带缺口试样和预制裂纹试样。加载形式和试样类型的不同组合会产生多种标准试验方法,如GBT 15970-2007《金属和合金的腐蚀应力腐蚀试验》合订本,涉及多种标准试验方法。一般来讲,光滑试样通常用来定性判定材料应力腐蚀敏感性。带缺口试样缩短了裂纹孕育期,试样破裂周期相对较短,常用于模拟材料宏观裂纹以及各种机加工缺口对应力腐蚀的敏感性。预裂纹试样,试验前需要通过疲劳加载方式预制裂纹,随后才进行应力腐蚀试验,多用于KISCC及da/dt的测定,即定量判定。由此可见,测试KISCC时只能用预制裂纹试样形式来进行测试。此外,标准对试样尺寸、加载水平、预制裂纹长短均有一系列严格要求和限制。
1957年美国科学家欧文(G.R.Irwin)提出应力强度因子概念,建立了线弹性断裂力学理论。由于KISCC属于断裂力学范畴,为了使裂纹尖端附件区域有足够的约束,满足线弹性断裂理论,试样必须具有足够的厚度,确保试样满足平面应变条件,这对中低强度金属材料是一大挑战。对于中低强度金属材料,要达到平面应变条件,试样厚度非常巨大,导致试验根本无法实施。为了克服这一技术壁垒,科技工作者付出了长期的探索。1966年,美国材料与测试协会(ASTM) 发表了Irwin和Bueckner提供的一种用圆棒带环形裂纹试样测试裂尖K值的试验方法。由于圆棒试样的环向裂纹尖端不存在无应力的自由表面,即使试样尺寸较小,也能满足平面应变条件。随后,各种采用圆棒缺口预制裂纹试样测试KISCC的文章见诸各大期刊。然而,各种新诞生的测试技术均是基于预制裂纹的圆棒试样来实现的。近年来,国际上较为有名的是澳大利亚墨尔本莫纳士大学的R.K.Raman 教授的研究工作,利用缺口圆棒预裂纹试样(CNT)测试KISCC取得了较好的效果。)
尽管国内外文献均有报道有关圆棒拉伸试样测试KISCC的成功案例,但都是建立在缺口预制裂纹试样的基础上。由于圆棒缺口试样预制裂纹要比传统标准试样预制裂纹的难度大很多,常常出现周向预制裂纹偏心问题,影响试验结果精度。除此之外,试验周期较长的问题仍旧没有得到解决。因此,为满足中低强度材料对KISCC值的测试需求,缩短试验周期,需要建立一种快速、便捷的测试方法。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,以损伤力学为理论基础,通过等效裂纹的损伤计算,突破现有标准试验方法对试样厚度的限制,实现利用光滑圆棒拉伸试样测试各种强度级别材料的KISCC值目的,为各种工程装备的安全可靠性设计奠定基础。
本发明的技术方案是:一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,包括以下具体测量步骤:
S1、将测试金属材料按照图纸加工成标准慢应变拉伸圆棒形试样,并测得材料屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm;
S2、在步骤S1中的Rp0.2和Rm之间选取3-5个应力水平进行慢应变应力腐蚀试验;
S3、在步骤S2中的每个应力水平上分别进行两种不同的环境下试验,圆棒形试样达到设定应力水平值后停止试验,卸载载荷后取下试样;
S4、分别对每个设定应力水平的上述两种环境下的圆棒形试样进行室温拉伸试验,并分别记录其Rp0.2值,每个应力水平设定值下的两件试样的Rp0.2的差值,即为应力腐蚀强度损伤量△R;
S7、计算应力腐蚀裂纹半深a=r-re,其中,r为试样名义半径, a为裂纹半深;
S9、在Excel或Origin中绘制K-σ数据图,并用三次幂函数拟合数据点,获得拟合函数;
S10、对步骤S9获得的拟合函数进行一阶导数后获得相应导数曲线,取导数最大值对应的K值,即为测试材料的KISCC值。
进一步优化,所述步骤S3中两种不同的环境为惰性环境和腐蚀环境。
进一步优化,所述步骤S1中屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm的测试是根据室温试验方法进行测试得到。
进一步优化,所述步骤S4中Rp0.2的测试是根据室温试验方法进行测试得到。
进一步优化,所述步骤S9中计算机软件为Excel和Origin 的一种。
本发明的有益效果为:
本发明专利提出的采用光滑圆棒试样测试金属材料应力腐蚀门槛值KISCC的方法,通过应力腐蚀损伤等效裂纹来研究断裂力学问题,从而避免了预制疲劳裂纹的困难,在测试过程中,采用慢应变速率拉伸进行试验,试验周期大大缩短,更为重要的是,该试验方法不受试样厚度的限制,能够满足中低强度级别金属材料的应力腐蚀门槛值 KISCC的测试要求,而且还能够实现对焊缝结构类似的窄小区域进行 KISCC值的测定,与标准试验方法比较而言,该试验方法较为便捷、灵活,受约束条件少,试验周期短,可以满足铝合金等中低强度材料测试需求,此外,还具有试样节省材料,成本较低,试样结构简单,易于加工等特点。
附图说明
图1为TC4钛合金K-σ数据曲线图;
图2为TC4钛合金KISCC值曲线图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式为:一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,包括以下具体测量步骤:
S1、将测试金属材料按照图纸加工成标准慢应变拉伸圆棒形试样,并测得材料屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm;
S2、在步骤S1中的Rp0.2和Rm之间选取3-5个应力水平进行慢应变应力腐蚀试验;
S3、在步骤S2中的每个应力水平上分别进行两种不同的环境下试验,圆棒形试样达到设定应力水平值后停止试验,卸载载荷后取下试样;
S4、分别对每个设定应力水平的上述两种环境下的圆棒形试样进行室温拉伸试验,并分别记录其Rp0.2值,每个应力水平设定值下的两件试样的Rp0.2的差值,即为应力腐蚀强度损伤量△R;
S7、计算应力腐蚀裂纹半深a=r-re,其中,r为试样名义半径, a为裂纹半深;
S9、在Excel或Origin中绘制K-σ数据图,并用三次幂函数拟合数据点,获得拟合函数;
S10、对步骤S9获得的拟合函数进行一阶导数后获得相应导数曲线,取导数最大值对应的K值,即为测试材料的KISCC值。
进一步优化,所述步骤S3中两种不同的环境为惰性环境和腐蚀环境。
进一步优化,所述步骤S1中屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm的测试是根据室温试验方法进行测试得到。
进一步优化,所述步骤S4中Rp0.2的测试是根据室温试验方法进行测试得到。
进一步优化,所述步骤S9中计算机软件为Excel和Origin 的一种。
实施例1
以TC4钛合金材料为试验对象,分别采用本发明的试验方法和传统WOL试样方法进行35℃温度环境条件下,3.5%NaCl溶液腐蚀试验,经慢应变速率应力腐蚀试验损伤后,各应力水平上的等效裂纹长度见表1。
表1 TC应力腐蚀等效裂纹长度
根据等效裂纹深度,由计算得出K后,通过软件Origin绘制K-σ数据图,见图1,拟合方程式为 y=191216.14-684.20x+0.81x2-3.23×10-4x3,对拟合曲线求一阶导数后的曲线见图2。
从图2中可以看出,实线部分的导数曲线最大值时的应力值约为840MPa,其对应的K值从图上可以读出为34.24MPa·m0.5,而采用传统WOL试样获得的结果为34MPa·m0.5,二者结果非常吻合。
以上显示和描述了本发明的主要特征、使用方法、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和发明书中描述的只是发明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会根据实际情况有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,其特征在于,包括以下具体测量步骤:
S1、将测试金属材料按照图纸加工成标准慢应变拉伸圆棒形试样,并测得材料屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm;
S2、在步骤S1中的Rp0.2和Rm之间选取3-5个应力水平进行慢应变应力腐蚀试验;
S3、在步骤S2中的每个应力水平上分别进行两种不同的环境下试验,圆棒形试样达到设定应力水平值后停止试验,卸载载荷后取下试样;
S4、分别对每个设定应力水平的上述两种环境下的圆棒形试样进行室温拉伸试验,并分别记录其Rp0.2值,每个应力水平设定值下的两件试样的Rp0.2的差值,即为应力腐蚀强度损伤量△R;
S7、计算应力腐蚀裂纹半深a=r-re,其中,r为试样名义半径,a为裂纹半深;
S9、采用计算机软件中绘制K-σ数据图,并用三次幂函数拟合数据点,获得拟合函数;
S10、对步骤S9获得的拟合函数进行一阶导数后获得相应导数曲线,取导数最大值对应的K值,即为测试材料的KISCC值。
2.如权利要求1所述的一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,其特征在于,所述步骤S3中两种不同的环境为惰性环境和腐蚀环境。
3.如权利要求1所述的一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,其特征在于,所述步骤S1中屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm的测试是根据室温试验方法进行测试得到。
4.如权利要求1所述的一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,其特征在于,所述步骤S4中Rp0.2的测试是根据室温试验方法进行测试得到。
5.如权利要求1所述的一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值KISCC的方法,其特征在于,所述步骤S9中计算机软件为Excel和Origin的一种。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910630882.2A CN110411819B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值kiscc的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910630882.2A CN110411819B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值kiscc的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110411819A CN110411819A (zh) | 2019-11-05 |
CN110411819B true CN110411819B (zh) | 2022-04-08 |
Family
ID=68361314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910630882.2A Active CN110411819B (zh) | 2019-07-12 | 2019-07-12 | 一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值kiscc的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110411819B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112326658B (zh) * | 2020-10-30 | 2024-07-09 | 西安热工研究院有限公司 | 一种锅炉管计算当量温度时确认参数的方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100494972C (zh) * | 2004-10-29 | 2009-06-03 | 宝山钢铁股份有限公司 | 油井管应力腐蚀开裂临界应力强度与敏感因子的评测方法 |
JP5409193B2 (ja) * | 2009-08-24 | 2014-02-05 | 三菱重工業株式会社 | 残留応力を有する応力腐食割れ試験体の製作方法及び応力腐食割れ試験方法 |
CN103217346B (zh) * | 2013-04-01 | 2015-06-03 | 北京航空航天大学 | 一种测量材料高温蠕变裂纹扩展门槛值的方法 |
CN103698188B (zh) * | 2014-01-11 | 2016-04-13 | 西安科技大学 | 慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法 |
JP5888479B1 (ja) * | 2014-07-22 | 2016-03-22 | Jfeスチール株式会社 | 鋼材の硫化物応力腐食割れ試験方法 |
RU2634800C1 (ru) * | 2016-11-22 | 2017-11-03 | Акционерное общество "Чепецкий механический завод" | Способ определения порога напряжений коррозионного растрескивания стали или сплава при постоянной деформации |
CN108398320B (zh) * | 2018-01-24 | 2020-09-01 | 航天科工防御技术研究试验中心 | 一种变形铝合金拉伸应力腐蚀的测量方法 |
CN109085213B (zh) * | 2018-08-10 | 2020-12-04 | 广东工业大学 | 一种应力腐蚀裂纹萌生寿命预测方法 |
-
2019
- 2019-07-12 CN CN201910630882.2A patent/CN110411819B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110411819A (zh) | 2019-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106872299A (zh) | 一种预测镁合金构件疲劳极限的方法 | |
CN110411819B (zh) | 一种用光滑圆棒拉伸试样测试应力腐蚀门槛值kiscc的方法 | |
CN108645706A (zh) | 一种通过硬化强度和抗拉强度预测金属材料疲劳强度的方法 | |
CN113987681A (zh) | 缺口-尺寸效应下耦合应变能梯度的结构疲劳寿命评估方法 | |
Ghammouri et al. | An approach in plastic strain-controlled cumulative fatigue damage | |
Chaves et al. | Stage I crack directions under in-phase axial–torsion fatigue loading for AISI 304L stainless steel | |
Hyde et al. | Some considerations on specimen types for small sample creep tests | |
Knez et al. | A rotating bending approach for determination of low-cycle fatigue parameters | |
Aliakbari | The investigation of modelling material behavior in autofrettaged tubes made from aluminium alloys | |
Chen et al. | Effect of loading protocols on the hysteresis behaviour of hot-rolled structural steel with yield strength up to 420 MPa | |
CN115186523A (zh) | 一种基于仿真的高强钢焊后热影响区的本构模型建立方法 | |
Kim et al. | Finite element analysis of the onset of necking and the post-necking behaviour during uniaxial tensile testing | |
Hellier et al. | On the mode II fatigue threshold for mild steel | |
CN108732034B (zh) | 弹性瞬态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法 | |
CN108732032B (zh) | 稳态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法 | |
CN115356200A (zh) | 基于断裂试样的油井管抗硫化氢应力腐蚀敏感性测试方法 | |
CN112881117A (zh) | 一种高强度钢铁材料应力腐蚀试验方法 | |
CN206248465U (zh) | 一种板状试样拉伸夹具 | |
Lee | Rapid and low cost method to determine the plane strain fracture toughness (KIc) in hydrogen | |
CN108732029B (zh) | 弹性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法 | |
KR101195733B1 (ko) | T형 용접 조인트 구조체에 있어서의 t 조인트부의 피로 특성 평가 방법 | |
Yoon et al. | Low cycle fatigue testing of 429EM stainless steel pipe | |
CN217332012U (zh) | 一种用于金属试样高温疲劳的测试装置 | |
Zhang et al. | Elastoplastic Mechanical Properties and Kinematic Hardening Model of 35CrNi3MoVR | |
Khanzhin et al. | Hydrogen embrittlement of steels: IV. Delayed fracture during bending |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |