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制作和使用C型环应力腐蚀试样的标准实施规程ASTM G38-01(R2013)(中文翻译版)

ASTM G38-01(R2013)制作和使用C型环应力腐蚀试样的标准实施规程(仅供参考)

1本规程由ASTM金属腐蚀委员会G01管辖,由环境辅助开裂小组委员会G01.06直接负责。

现行版本于201351日批准。20137月出版。最初批准于1973年。上一版于2007年批准为G38-01(2007)DOI: 10.1520/G0038-01R13

本标准以固定名称G38发布;紧跟在名称后面的数字表示最初采用的年份,如果是修订,则表示最后修订的年份。括号中的数字表示上次重新批准的年份。上标(')表示自上次修订或重新批准以来的编辑性更改。

本标准经美国国防部机构批准使用。

 

1范围

1.1本规程涵盖了设计和加工的基本特征,以及C型环应力腐蚀试样的应力、暴露和检验程序。分析了C型环的应力状态和分布。

1.2与取样过程和选择适当试验环境有关的具体考虑不在本规程的范围内。

1.3以国际单位制表示的数值应视为标准值。括号中给出的值仅供参考。

1.4本标准并非旨在解决与其使用相关的所有安全问题(如有)。本标准的使用者有责任在使用前建立适当的安全和健康实践,并确定法规限制的适用性。

 

2、参考文件

2.1 NACE文件

NACE TM0177–96金属在H2S环境中抗硫化物应力开裂和应力腐蚀开裂的实验室试验2

2可向美国腐蚀工程师协会(NACE)索取,地址:德克萨斯州休斯顿市218340TX 77218–8340

 

3实践总结

3.1本规程涉及通过施加弯曲荷载制备C型环应力腐蚀试样并对其施加定量应力。讨论了应力系统的特点和应力分布。给出了暴露和检查方法的指南。

 

4意义和用途

4.1 C型环是一种多用途、经济的试样,用于定量测定各种产品形式的所有类型合金的应力腐蚀开裂敏感性。它特别适用于对油管和杆进行横向试验,以及对各种产品进行短横向试验,如图1中的板所示。

image.png/// 

1 各类产品检验抽样程序

 

5、抽样

5.1试样应从一个位置和方向上取下,以使其充分代表待测材料。

5.2在测试具有定向晶粒结构的厚截面时,必须将C型环定位在截面上,以使主应力方向(平行于应力螺栓)处于最小抗应力腐蚀开裂的方向。例如,对于铝合金(13,这是相对于晶粒结构的短横向。如果环的方向不对,它将倾向于在应力未知的位置出现中心裂纹。

......

 

6、试件设计

6.1 C型环的尺寸可以在很大范围内变化,但不推荐外径小于约16 mm5/8 in.)的C型环,因为加工难度增加,应力精度降低。环的尺寸可以影响应力状态,这些考虑在第7节中讨论。制造C型环的典型施工图如图2所示。

image.png/// 

1:如果试样尺寸过小或使用管坯,则尺寸可根据试样切割截面的尺寸变化。

2 C型环应力腐蚀试样

image.png///1-对于图3d),可在(b)或(c)的张力侧使用类似的切口。

3 应力C型环的方法

image.png/// 

4 7075-T6铝合金C型环应力腐蚀试样的应力(4

 

7、压力因素

7.1 C型环试样的主要应力是周向应力。应该认识到这种应力是不均匀的(23)。首先,厚度有一个梯度,从一个表面的最大张力到另一个表面的最大压缩力不等。其次,应力沿C型环的圆周变化,从每个螺栓孔处的零到与应力螺栓相对的弧中的最大值;标称应力仅沿弧中穿过环的一条线存在。因此,当通过测量C型环拉伸表面上的应变来对试样施加应力时,应将应变计放置在电弧的中间,以指示最大应变。第三,环向应力可以沿环的宽度变化,变化的程度取决于C型环的宽厚比和径厚比。一般来说,如图3ab)所示加载时,外表面的拉应力在极限边缘处大于中心,而如图3c)所示加载时,内表面的拉应力在边缘处小于中心(4)。

7.2 C型环中应力系统的另一个特点是存在双轴应力;即在临界试验截面上产生横向和周向应力。横向应力将从中间宽度处的最大值变化到边缘处的零,并与周向应力相同。一般来说,横向应力可能会随着宽厚比的减小和径厚比的增大而减小。图4中示出了一个示例,其中,铝合金7075-T619.00 mm0.748 in.)外径×1.537 mm0.0605 in.)厚×19.0 mm0.75 in.)宽的C型环的中间宽度处的横向拉伸应力约等于圆周拉伸应力的三分之一。在这个例子中,环向应力在C型环的大部分宽度上是均匀的;在最边缘没有进行测量。

7.3对于切口C型环(图3d))而言,切口(5)根部附近存在三轴应力状态。此外,缺口根部的周向应力将大于标称应力,并且通常可能在塑性范围内。

7.4应始终考虑残余应力的可能性,特别是当C型环由含有明显残余应力的产品加工而成,或当厚度超过6.35 mm1/4 in.)的C型环在加工后进行热处理时。通常不建议对精加工的C型环进行热处理,因为可能会在环中产生残余应力。

......

 

8、应力法

8.1通常使用的C型环是恒定应变试样,通过拧紧环直径中心的螺栓在环的外部产生拉伸应力。然而,通过在加载螺栓上放置一个校准弹簧,可以产生几乎恒定的载荷。C型环也可以通过展开环并在内表面上产生拉伸应力来反向施加应力。这些应力方法如图3所示。当然,正确选择最小螺栓直径或弹簧常数是确保获得真正恒定应变或恒定载荷应力所必需的。

8.2最精确的应力程序是将周向和横向电应变计连接到受拉表面,并拧紧螺栓,直到应变测量显示所需的周向应力。计算周向(σC)和横向(σT)应力

具体如下:

image.png/// 

式中

E=杨氏弹性模量,

μ=泊松比,

εC=周向应变,以及

εT=横向应变。

2:当使用带有薄壁C型环的电应变计时,应允许对量规从环表面的位移进行校正。在暴露C型环之前,必须将量规和粘合胶的所有痕迹从C型环上清除。

3:如果应力和应变不超过比例极限,则可使用弹性模量从测量应变计算应力。

8.3当要加载几个相同合金和尺寸的环时,如图4所示,可以方便地确定环周应力与环挠度的校准曲线,以避免对每个环进行应变测量的不便。

8.4 C型环仅产生弹性应变所需的压缩量和弹性应变的程度可从理论上预测(23)。因此,可通过使用表A1.1中所示的修改曲梁方程中的单个环尺寸计算产生所需弹性应力所需的挠度来对C型环施加应力。通过计算曲线与实际数据点的一致性,计算应力的精度如图4所示。C型环试样的应力公式见附录A1

......

 

9、机械加工

9.1当用固体材料加工环时,应采取预防措施,避免过热、塑性变形或在金属表面产生残余应力。机械加工应分阶段进行,以使最终切割的主表面光洁度为0.7 µm30 µin.)或更高。必要的加工顺序、刀具类型、进给速度等,取决于合金和试件的状态。应避免研磨、机械抛光和产生金属流动的类似操作。

 

10、表面处理

10.1高质量的机加工表面对于腐蚀试验来说是最理想的,除非有人想对管或棒的加工表面进行试验;当然,在暴露试样之前,应将其脱脂。为了去除在加工过程中可能变形的热处理膜或表面金属薄层,可以使用化学或电化学蚀刻。这种处理方法的选择将取决于试件的合金。应注意选择不会选择性腐蚀金属成分或不会在表面沉积不需要的残留物的蚀刻剂。对于可能发生氢脆的合金,不应使用蚀刻或酸洗。

......

 

11、试样标记

11.1试样编号可刻在靠近C型环切断段的一个尖端上。螺栓孔之间的临界应力弧上不应有任何标记。非金属标签可以通过第二个螺母连接到应力螺栓上。

image.png/// 

5 防止电流效应

 

12、暴露方法

12.1由于C型环尺寸小,受力方法简单,几乎可以暴露在任何腐蚀性环境中(6)。试样的支撑方式应确保除腐蚀性介质外,任何东西都不会接触到临界应力区域。暴露架的任何部分不得接触到临界应力区域的表面或边缘。

12.2必须小心避免C型环、应力螺栓和暴露架之间的电偶效应。还必须防止缝隙腐蚀,因为缝隙腐蚀会在环和螺栓之间形成腐蚀产物,并改变C型环的应力。如图5所示,较为容易的可以通过适当的涂层或绝缘套管进行保护。必须考虑选择既不会污染腐蚀介质也不会因腐蚀介质而变质的涂层或绝缘体。例如,绝缘套管会变质或蠕变,从而使试样中的应力减小,这是不令人满意的。

5:应力后,试样应尽快放置在预期的腐蚀环境中,因为有些合金可能在中等湿度的空气中开裂。

6:半球形釉面陶瓷绝缘体(S-151滑石)非常适合在室外和中性水溶液4中使用。蜂蜡和其他附着蜡型涂料适用于水溶液中的室温试验。在酸性或碱性溶液中进行试验时,已成功使用快干乙烯基型漆;例如,电镀停止5

4目前委员会所知设备的唯一供应来源是美国宾夕法尼亚州萨克森堡市萨克森堡陶瓷有限公司,邮政信箱157,邮编16056。如果您知道其他供应商,请将此信息提供给ASTM国际总部。你的意见将在负责的技术委员会1的会议上得到认真考虑,你可以参加。

......

 

13、检查

13.1明显易受应力腐蚀开裂影响的高应力C型环倾向于在整个厚度上断裂或以明显的方式开裂。然而,通常情况下,当施加的应力较低或耐应力腐蚀合金较多时,裂纹开始缓慢且难以检测。小裂纹可能在多个位置萌生,并被腐蚀产物遮挡,必须决定是否宣布试样失效。由于C型环并不总是断裂,最好报告第一裂纹作为失效标准。通常用肉眼或低倍镜检查。如果发现此类检查不能确定为裂纹的迹象,研究人员应(1)记录首次怀疑裂纹的日期,并继续暴露试样,观察是否有进一步生长,以确认首次迹象为失效日期,或(2)停止试样的暴露,并对穿过可疑裂纹的横截面进行金相检验,以确定是否存在裂纹。断裂或开裂的C型环的金相检验也有助于确定失效是由应力腐蚀开裂引起的,还是由其他形式的局部腐蚀引起的。

 

14、报告

14.1除了报告失败的样本数量和每个样本失败的时间外,还应报告以下细节:

14.1.1应力方法

14.1.2施加应力的大小

14.1.3试样方向

14.1.4尺寸和表面处理

14.1.5试验介质

14.1.6试验持续时间,以及

14.1.7失效准则。

14.2还应报告被测合金的完整信息,包括:

14.2.1合金名称或规范编号

14.2.2试验批的组成

14.2.3制造历史

14.2.4热处理,以及

14.2.5机械性能。

 

15、关键词

15.1 C型环;恒定载荷;恒定应变;缺口;定量应力;应力腐蚀开裂;应力腐蚀试样


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