用断裂负荷法测定热处理铝合金制品抗应力腐蚀开裂性的标准试验方法ASTM G139-05(R2015)（最新中文翻译版）
ASTM G139-05(R2011)
ASTM G139-05(R2015)最新
用断裂负荷法测定热处理铝合金制品抗应力腐蚀开裂性的标准试验方法（仅供参考）
1本试验方法由ASTM金属腐蚀委员会G01管辖，并由环境辅助开裂小组委员会G01.06直接负责。
当前版本于2011年9月1日批准。2011年9月出版。最初于2005年批准。上一版于2005年批准为G139-05。DOI: 10.1520/G0139-05R11。
本标准以固定名称G139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（ε）表示自上次修订或重新批准以来的编辑性更改。
1、范围
1.1本试验方法涵盖了通过断裂荷载试验方法评估抗应力腐蚀开裂（SCC）性的程序，该方法使用剩余强度作为损伤演化（在这种情况下为环境辅助开裂）的测量方法。
1.2本试验方法包括试样类型和复制、试验环境、应力水平、暴露时间、最终强度测定和原始残余强度数据的统计分析。
1.3本试验方法适用于热处理铝合金，即2XXX合金和7XXX，含1.2%至3.0%铜，且试样的取向与晶粒结构（1，2）2相关，横向较短。然而，用于分析数据的残余强度测量和统计数据并非针对可热处理铝合金，可用于其他试样取向和不同类型的材料。
2括号中的黑体数字是指本标准末尾的参考文献列表。
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 ASTM标准：3
3有关参考的ASTM标准，请访问ASTM网站www.astm.org，或通过Service@astm.org联系ASTM客户服务。有关ASTM标准年鉴卷信息，请参阅ASTM网站上的标准文件摘要页。
E8金属材料拉伸试验的试验方法
E691进行实验室间研究以确定试验方法精度的实施规程
G44在中性3.5%氯化钠溶液中交替浸入金属和合金的暴露规程
G47测定2XXX和7XXX铝合金产品应力腐蚀开裂敏感性的试验方法
G49直接拉伸应力腐蚀试样的制备和使用规程
G64热处理铝合金抗应力腐蚀开裂分类
3、术语
3.1本标准专用术语定义：
3.1.1审查—一个统计术语，表明由于试验程序或条件的原因，单个观察值可能超出可测量的范围。
3.1.2取样—从中获得单个应力腐蚀开裂试样的名义上均匀的散装材料。
4、试验方法概述
4.1本试验方法描述了使用暴露于腐蚀环境后的残余强度评估热处理铝合金产品形式（如板材、板材、挤压件、锻件和棒材）的应力腐蚀开裂敏感性的程序。这些产品通常在板材的长横方向、板材、挤压件和锻件的短横方向以及棒材和棒材的横方向上最易发生应力腐蚀开裂。在本试验中，根据规程G49制备的拉伸钢筋或直接拉伸板试样暴露于3.5重量%的氯化钠水溶液（规程G44）中，在其失效前移除，并进行拉伸试验，以确定已发生的腐蚀损伤量。然后计算平均剩余强度，并使用Box-Cox变换对结果进行统计分析。
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5、意义和用途
5.1本试验方法适用于高强度铝合金（2XXX和含有7XXX的铜），通常在3.5%氯化钠中通过交替浸泡进行试验。然而，使用剩余强度作为损伤演化度量的概念（在这种情况下，环境辅助开裂）原则上可以应用于任何合金和环境系统。
5.2本试验方法用于研究抗应力腐蚀性能提高的合金和回火。试验结果允许将不同的材料变体与高置信度进行比较，并且比通过/失败试验的结果具有更高的精度。因此，它对于比较具有类似抗应力腐蚀开裂水平的材料特别有用。该程序可以修改以用作质量保证工具，但在其开发过程中，这并不是主要目的。
5.3本试验方法中所述的暴露时间和条件特别适用于高强度铝合金，但统计技术应适用于具有不同暴露条件的其他合金系统。
5.4尽管该特殊程序主要用于在短横向应力方向上测试产品，但对于其他应力方向，尤其是薄板和薄板产品中的长横向，该程序是有用的。
5.5确定材料的实际适用性需要在与最终用途有关的条件下，在预期的使用环境中进行应力腐蚀试验，包括涂层和抑制剂等保护措施，且不在本试验方法的范围内。
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6、干扰
6.1断裂负荷试验根据实施规程G44排除了在环境中发生的点蚀，例如在交替浸没试验中使用的3.5%NaCl溶液。使用断裂负荷试验的主要问题是选择适当的暴露应力。如果暴露压力太低，则不会累积损伤。另一方面，如果施加的应力过高，许多试样将在预定的暴露期结束前失效。本试验方法中包含的统计程序可以容纳少量的失效试样，但不能容纳大量的试样。
6.2断裂负荷试验适用于暴露在自然和使用环境中的试样。然而，这些环境中的条件可能不是恒定的，因此必须考虑暴露的时间和周期，以避免产生偏差。例如，温度、湿度和污染物浓度等季节性变化的环境条件可能会影响室外暴露站的腐蚀性。应使用相同的环境条件进行直接的材料比较。
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7、试样
7.1断裂荷载程序可使用夹具中可承受轴向应力的任何试样进行，该夹具将承受施加的位移。然而，使用不同的试件几何形状或应力方法获得的结果不能直接进行比较。虽然样品的相对磁化率不会改变，但绝对值可能会大不相同。
7.2只要金属试样的几何形状允许，应使用根据规程G49制备的光滑圆形拉伸试样进行试验。如果薄板和其他产品太薄，无法产生抗拉钢筋，则可使用薄板拉伸试样。试验灵敏度随试样标距截面表面积与体积比的增大而增大，但用圆形拉伸试样进行的试验表明，不同尺寸的试样（1）可以达到相同的相对排名。
8、暴露程序
8.1应力程序和暴露条件—试样应按照规程G49图1中的恒定挠度型夹具进行轴向加载，并按照规程G44进行3.5%NaCl交替浸没试验。每个应力水平/暴露时间组合的试样数量应至少为3个；最好为5个或更多。
8.2应力水平—应力水平的最小数量为两个，其中一个是无外加应力暴露的整套试样。对于具有未知应力腐蚀抗力的试样，除了无应力试样外，最好从两个或三个应力水平开始。无应力试样允许计算一般、点蚀和晶间腐蚀引起的损伤，并将其与外加应力引起的损伤分开。必须通过考虑样品的预期性能，为每个样品选择其他应力水平。试样抗应力腐蚀能力越强，应力越高。理想的最大应力应为通过开裂导致显著损伤的最大应力，但在预定暴露期（2）结束前，不会导致超过几个试样实际断裂成两片。可以使用一个应力水平，但统计计算仅评估该应力水平下样品的性能。换言之，如果不实际进行测试，就没有很好的方法来推断和估计较高或较低应力水平下的性能。
8.3暴露时间—必须针对待测样品和试样的尺寸和方向调整该参数。一般来说，对于2XXX和7XXX合金的短期横向试验，应使用2到4个时间段（加上零天无应力），最大时间约为10天。一般来说，长的横向试样和更耐腐蚀的合金系统（如6XXX合金）应暴露更长的时间。G64分类给出了这些情况的时间段，可用于估计合理的最大暴露时间。
注1：对于在试验环境中具有未知SCC性能的材料变体，建议根据试验方法G47中的程序对有限数量的合格/不合格试样进行试验。这将为选择适当的应力水平和样品暴露时间提供指导。这可以防止花费大量的时间和金钱在没有提供重要价值信息的标本上。
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8.5残余强度数据可用于通过简单计算每个应力/时间组合的平均残余强度来显示样品之间的趋势，如图1所示。然而，必须使用统计程序来评估趋势是真实的还是仅仅是数据分散的。
8.5.1在断裂负荷试验方法的发展过程中，单个单元（单个样品/应力/时间组合）内的数据方差显示，随着抗SCC能力的降低而增加。这种方差随残余强度降低而增加的趋势意味着，对于性能较好的单元，断裂负荷试验解决单元间差异的能力可能比性能较差的单元大得多。因此，平均剩余强度图可能会产生误导。
注1：本组中的一些试样在预定的暴露期结束前确实发生了故障，但这些故障试样并未包含在平均值中。平均值仅代表幸存下来进行拉伸试验的试样。在310 MPa下，九天数据的上升是由于不包括失效试样。
图1 代表性数据集（一个实验室）的平均剩余强度值图
9、统计分析Box-Cox变换
9.1断裂荷载数据可通过以下步骤进行统计分析。毫无疑问，还有其他的程序可以工作，但是Box-Cox变换已经证明了它在整个数据集的方差不是恒定的情况下是有用的（4,5）。在应力腐蚀开裂数据的情况下，随着残余强度的降低，方差通常增大。以下程序假设已对每个材料变体、暴露时间和暴露应力测试了固定数量的试样。其中一些数值将被保留审查，也就是说，一些样本将在完成预定的暴露期之前失败。对于此类试样，断裂荷载值已知小于或等于暴露应力，但该程序包括估算这些数据点值的统计方法。
注2：附录X1包含一个样本框Cox计算，该计算遵循本节试验方法中所述的程序。
9.2通过初步转换转换原始值X
式中，XO是给定材料变量无暴露的平均断裂载荷。此转换表示每个试样原始强度的保留百分比，从而使不同材料的剩余强度标准化。
9.3 Box-Cox参数是使用同时为相对相似的样本生成的所有数据确定的。例如，当测试一种合金的多个样品时，如果这些样品是使用不同的制造工艺生产的，或者处于不同的温度，在确定以下参数时，应考虑所有数据。这也适用于来自同一系统的合金。另一方面，应单独考虑对试验环境有不同反应的合金。例如，6XXX和2XXX合金的比较就是这样。
9.3.1对于具有一个以上观测值（即非传感值）的所有数据单元，计算平均值m和标准偏差s。绘制ln(s)与ln(m)的关系图，并确定最佳拟合直线的斜率α。Box-Cox变换中的参数λ：
是1-α。
9.3.2常数C可通过任何方式选择，以提供方便的大小数字。一个方便的选择是：
其中，Xtr, max是数据集中非传感器值中Xtr的最大值。这将给出0到100之间的数字，与Xtr的值的范围相同。
9.4通过间隔（O，Yc）上的均匀随机数生成，为截尾观察值生成统计上合理的值，表示失败的样本，其中Yc是截尾值（即暴露应力）的转换。
9.5使用标准统计技术分析完整的转换数据集。分析转换为Box-Cox度量的一组数据的一种简单方法是找到数据表中所有单元格的平均值和标准差。由于每个单元格具有相同数量的观测值，因此r单元格的标准差的合并估计为
在这个方程中，N是观测的总数，r是单元格的数目，c是截尾值的数目。
9.5.1那么两个具有统计学意义的单元平均值的最小差异，即所谓的最小显著差异或LSD，是
该值可用于统计比较两个单元，以确定单元中的数据是否真的来自两个具有不同均值的群体。
9.5.1.1在这个表达式中，n是每个单元格的观测数；t-检验系数t v取决于选择的显著性水平，自由度v由
对于95%显著性和v≈100，tν≈2。当v变小时，tν的值增加；这会增加将被视为显著的最小差的值。对于tν的精确值，必须参考学生t分布表；正确的值将表示双尾t检验。
注3：刚刚计算的转换LSD值适用于确定Box-Cox变换参数的整个数据集。
9.5.1.2在比较单独考虑的数据集时，应首先将两组数据的估计差异汇总起来。例如，如果数据集称为1和2，方差估计分别为
和，自由度分别为ν1和ν2，则归并标准差通常为
如果两个方差估计值与相同的自由度数相关联，则方程变为
为了比较两个与相同观测数n不相关的平均值，使用LSD的上述表达式，其中ν=ν1+ν2和sp等于集合标准差的上述表达式。
9.5.1.3本研究中数据的更详细统计分析可基于方差分析程序。
9.5.2任何数据单元的平均值的置信下限可以通过表达式计算得出
式中，mB-C是平均Box-Cox变换值，tν值表示单尾t检验，与用于上述LSD的tν值不同。例如，当需要99%的LCL且ν≈100时，tν的值约为2.36。
9.6如果需要，将LCL值转换回Xtr或原始X度量。
9.7 Box-Cox计算的结果可用于以图形方式呈现数据，如图2和3所示。
10、结果的解释
10.1当施加的应力高到足以引起所有试样的快速失效，或低到试样中不产生损伤时，应力腐蚀开裂试验结果通常是相当可重复的。然而，在中间应力下，试样的性能有相当大的变化。当一组样本中的一些（但不是所有）样本失败时，这种可变性在通过/失败测试中变得明显。使用断裂荷载程序，方差可以表现为试样失效或测量残余强度的大方差。这种变化很大一部分是由于可热处理铝合金微观结构的不均匀性造成的，与试验程序无关。
10.2统计结果，如置信下限和最小显著性差异，旨在对给定环境、暴露时间和应用应力下不同材料变体的应力腐蚀开裂性能进行排序。
10.2.1由于统计结果是给定环境下性能的相对指标，不同实验室对相似样品可能得不到相同的绝对值。本试验方法12.1中关于精度起始的说明中对此进行了详细讨论。
......
注1：在这种情况下，已估算出失效试样的随机值。注意Box-Cox度量（左Y轴）与原始度量（右Y轴）相比的非线性性质。
注2：Box-Cox变换使整个曲线图的方差近似为常数。最小显著性差异（LSD）可用于比较任意两个值，以确定它们在给定置信度下是否不同。如图所示；四天和六天138 MPa值确实不同，而四天、六天和九天310mpa值都相似。与图1相比，在较高的应力水平下，差异似乎更大。
图2 盒式Cox变换度量的平均值图（与图1相同的数据集）
注1：本图显示了导致显著SCC损伤的应力/时间组合。从LCL可以看出，样品在两天暴露期间的所有应力水平和......
图3 显示每个单元的置信下限（LCL）值的图（来自图1和2中绘制的数据）
11、报告
11.1应报告以下信息：
11.1.1所有样品的标识，包括合金、回火、产品形状、厚度、样品位置和方向。
11.1.2所有原始数据，包括每个腐蚀试样的原始抗拉强度、暴露时间、应力水平和原始断裂强度。这最好以表格形式进行，使用每个应力/时间组合的单元格。该表应记录在从试验中取出之前以及检测到故障当天发生故障的任何试样。只要有可能，建议报告断裂韧性与SCC裂纹扩展方向相同。例如，对于使用短横向SCC试样测试的轧制钢板，最合适的值是S-L平面应变断裂韧度（KIC）。
......
12、精度和偏差4
4支持数据已在ASTM国际总部存档，可通过索取研究报告RR: G01-1014获得。
12.1精度声明：
12.1.1通过实验室间试验程序，使用具有不同应力腐蚀开裂敏感性的合金7075的三种温度，评估本试验方法数据的精度。这八个实验室在这三种脾气中都有一致的区别。实验室间试验结果与长期使用和自然环境试验结果一致。
12.1.2研究报告列出了8个实验室4的所有原始数据。基于Box-Cox变换的数值比较非常难以解释，因为每个实验室得到的变换系数不同。因此，绘制各个数据点，以提供本程序用户应预期的变异性示例，并根据规程E691进行统计分析。
注4：由于其中一个应力水平的测试误差，八个测试位置中的一个已从图4和一些剩余的数值和图形比较中排除。
12.1.3图4显示了实验室间试验程序中使用的两种合金7075温度的一些原始数据图。原始数据显示了相当大的实验室间变化，并且在每个实验室内，显示出随残余强度降低而增加的分散性。这种非均匀方差要求使用诸如Box-Cox变换等统计技术。所示的T7X1回火的分散性相当高，因为对于许多替代浸没设备，该应力接近于一个应力，该应力会导致试样在从暴露中取出之前失效。
注1—图中显示T7X1和T7X2样品之间的损伤程度存在相关性。
......
12.1.5根据规程E691中的程序，对断裂荷载实验室间试验程序的原始数据进行统计分析。分析基于7075-T7X1样品的单独时间/应力组合。表1列出了相关自由度值的结果，并绘制在图5中。
12.1.6由于整个数据集的方差不是恒定的，因此未计算出数据的方差或相应置信区间的总体估计。
12.2偏差说明—试验方法G139中的程序没有偏差，因为这种情况下的断裂荷载值仅根据本试验定义。
图4 七个实验室原始数据的比较
注1：在断裂荷载实验室间试验程序中测试的7075-T7X1材料的重复性和再现性与总平均剩余强度的关系。这两个统计数据都显示了典型的应力腐蚀开裂行为，即随着残余强度的降低，方差增大。
图5 绘制的重复性和再现性与总残余强度的关系
13、关键词
13.1交替浸泡；铝合金；腐蚀；热处理铝合金；室外暴露；残余强度；应力腐蚀开裂；拉伸试验
表X1.1 断裂荷载计算的原始数据
表1实验室间试验程序的方差统计分析（7075-T7X1板暴露于3.5%NaCl溶液中的短横向试验，根据规程G44）
注1：对于每个138和207MPa的暴露应力，时间段，组合重复性有8个自由度（DOF），实验室和再现性有32个自由度。310mpa对应的自由度值为7和28。
注2：除了规程E691要求的重复性和再现性值外，实验室差异引起的实际变化也包含在“实验室”一栏中
表X1.2 原始数据转换为最大残余强度百分比
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