(高清版)GB∕T 38769-2020 金屬材料 預(yù)裂紋夏比試樣沖擊加載斷裂韌性的測定

ICS77.040.10GB/T38769—2020金屬材料預(yù)裂紋夏比試樣沖擊加載斷裂韌性的測定Metallicmaterials—Measurementoffracturetoughnessati(ISO26843:2015,MOD)國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T38769—2020 I Ⅱ 1 13符號和說明 1 3 5 67試驗程序和測量 6 7 8附錄A(規(guī)范性附錄)適用于各類試驗程序的試驗機 附錄B(資料性附錄)估算應(yīng)變速率 附錄C(規(guī)范性附錄)動態(tài)斷裂韌性評價 附錄D(規(guī)范性附錄)用多試樣法測定沖擊加載速率下的阻力曲線 附錄E(規(guī)范性附錄)用歸一化方法評定Ja-△a阻力曲線 附錄F(規(guī)范性附錄)測定斷裂韌性特征值Jo.2Bd 20附錄G(規(guī)范性附錄)有效性判據(jù) 21附錄H(規(guī)范性附錄)測定J積分斷裂韌性 23附錄I(資料性附錄)試驗報告示例 25 IGB/T38769—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準使用重新起草法修改采用ISO26843:2015《金屬材料用預(yù)制裂紋夏比型試樣測定沖擊加本標準與ISO26843:2015相比存在技術(shù)性差異，這些差異涉及的條款已通過在其外側(cè)頁邊空白位置用垂直單線(|)進行了標識，這些差異及其原因如下：內(nèi)容和相關(guān)背景(見第1章，ISO26843:2015的第1章);●用修改采用國際標準的GB/T●用修改采用國際標準的GB/T●用修改采用國際標準的GB/T●用修改采用國際標準的GB/T 的定義，明確符號的名稱定義，使后續(xù)的圖例和公式計算更清晰(見第3章);——規(guī)定了在預(yù)制疲勞裂紋過程中，最小與最大力比應(yīng)控制在0～0.1之間，符合我國國情以及與GB/T21143保持一致(見5.4);致，并與ISO12135及GB/T21143保持一致(見9.4.5); 將原表中t"=f(t')修改為f(t'),保持上下文一致(見表C.1):-——將國際標準中的符號Uo修改為W。,與附錄H上下文一致(見D.2.2);——修改了式(E.5),提高數(shù)據(jù)的準確度(見E.2);——增加了對迭代過程的技術(shù)說明，便于標準使用者理解，并本標準由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。本標準由全國鋼標準化技術(shù)委員會(SAC/TC183)歸口。準研究院。ⅡGB/T38769—2020本標準與GB/T19748關(guān)系密切。利用儀器化沖擊可獲得金屬材料預(yù)制裂紋夏比試樣在沖擊加載性結(jié)果與常規(guī)大尺寸試樣的斷裂韌性結(jié)果具有可比性。由于夏比試樣的尺寸較小，有效性判據(jù)一般較能與試驗溫度的相關(guān)性。使用本標準測得的材料斷裂韌性與在準靜態(tài)加載條件下測得的結(jié)果存在差異。事實上，在脆性區(qū)間或韌脆區(qū)間開展試驗時，材料的斷裂韌性將隨著加載速率的提高而降低，而在全韌區(qū)間結(jié)果恰相反當鐵素體鋼在韌脆轉(zhuǎn)變區(qū)間發(fā)生解理脆斷時，由于結(jié)果分散性(差異性)較大而無法通過簡單的統(tǒng)計充分表征材料的性能。此時需進行額外的試驗并采用適用于此類型試驗相關(guān)的統(tǒng)計方法開展性能評1GB/T38769—2020金屬材料預(yù)裂紋夏比試樣沖擊加載斷裂韌性的測定本標準規(guī)定了用斷裂力學(xué)方法對金屬材料預(yù)制裂紋夏比試樣進行儀器化沖擊并評價其斷裂韌性的本標準適用于金屬材料預(yù)制裂紋的夏比試樣沖擊斷裂韌性的測定。下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T229金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法(GB/T229—2007,ISO148-1:2006,MOD)GB/T3808擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗(GB/T3808—2018,ISO148-2:2008,MOD)GB/T19748金屬材料夏比V型缺口擺錘沖擊試驗儀器化試驗方法(GB/T19748—2019,ISO14556:2015,MOD)GB/T21143金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法(GB/T21143—2014,ISO12135:2002,MOD)GB/T30069.2金屬材料高應(yīng)變速率拉伸試驗第2部分：液壓伺服型與其他類型試驗系統(tǒng)(GB/T30069.2—2016,ISO26203-2:2011,MOD)3符號和說明本標準使用的符號和說明見表1。符號說明單位a名義裂紋長度(用于預(yù)制疲勞裂紋的目的，該指定值小于ao)mmaf終止裂紋長度(a?+△a)mm4m機械加工切口長度mm初始裂紋長度mm裂紋擴展量(a-a?)mm△amaxJ值確定的裂紋擴展邊界mm與位移s對應(yīng)的裂紋擴展量mmB試樣厚度mmBe試樣有效厚度，見式(E.7)定義mmBN兩側(cè)槽之間的試樣凈厚度mm試驗機的柔度m/N2GB/T38769—2020表1(續(xù))符號說明單位試樣的彈性柔度m/N試樣的理論柔度m/NE楊氏彈性模量GPa應(yīng)變速率輸出頻率極限HzF施加的力NFd當出現(xiàn)圖1所示不穩(wěn)定裂紋擴展時所施加的力NF預(yù)制疲勞裂紋結(jié)束階段的最大力NFy屈服力，見GB/T19748定義NFm最大力，見GB/T19748定義NF與位移s對應(yīng)的力N動態(tài)J積分MJ/m2與GB/T21143中Je(B對應(yīng)的動態(tài)J值(B=10mm)MJ/m2JJ值確定的裂紋擴展的上邊界MJ/m2Jd.max本標準方法定義的Ja-R材料特性的極限值MJ/m2Jud與GB/T21143中Ju(b)對應(yīng)的動態(tài)J值(B=10mm)MJ/m2J0.2BA與GB/T21143中Jo.2LB)對應(yīng)的動態(tài)J值(B=10mm)MJ/m2dJa/dt動態(tài)J積分變化速率MJ/m2s-1K動態(tài)應(yīng)力強度因子Kj由J積分計算得到的動態(tài)應(yīng)力強度因子K,dy"(t)沖擊響應(yīng)曲線法中的即時應(yīng)力強度因子K平面應(yīng)變動態(tài)斷裂韌性KJd由解理脆斷發(fā)生時刻J積分值計算得到的動態(tài)應(yīng)力強度因子dKa/dt動態(tài)應(yīng)力強度因子的變化速率KV沖擊吸收能量，見GB/T229定義J當擺錘降低沖擊速度至vo時所對應(yīng)的有效勢能JM擺錘試驗機打擊錘的總質(zhì)量應(yīng)變硬化指數(shù)N有效試樣數(shù)量R動態(tài)流變應(yīng)力，定義為動態(tài)屈服強度與動態(tài)抗拉強度的平均值MPaRmd在斷裂韌性試驗相同應(yīng)變速率下的動態(tài)抗拉強度MPa在斷裂韌性試驗相同應(yīng)變速率下的動態(tài)屈服強度MPa準靜態(tài)應(yīng)變速率下的屈服強度MPa5試樣位移(根據(jù)GB/T19748計算得到)mm3GB/T38769—2020表1(續(xù))符號說明單位試樣位移中的塑性分量mmS跨距T溫度℃t時間st試樣受載至啟裂時長st裂紋啟裂時刻s信號上升的時間s擺錘沖擊試樣的時刻(試樣開始變形的時刻)s力振蕩的周期sUo錘刃初始沖擊速度m/sVox與擺錘試驗機最大有效能量對應(yīng)的錘刃沖擊速度m/sW試樣有效寬度mmWm最大力時的能量，見GB/T19748定義JWp至位移s時力-位移曲線下面積的塑性分量JW至位移s時力-位移曲線下面積所對應(yīng)的總斷裂能量JW力-位移曲線下全部面積對應(yīng)的積分能量(積分至F=0.02Fm),見GB/T19748定義J有效沖擊能量J泊松比4原理采用GB/T19748規(guī)定的儀器化沖擊試驗機對疲勞預(yù)制裂紋的夏比試樣實施沖擊試驗，采用斷裂力學(xué)的方法基于表2和圖1所反映的力-時間曲線評價材料的斷裂韌性與其他動態(tài)斷裂力學(xué)性能，圖2給出了評價斷裂性能和判斷有效性的邏輯結(jié)構(gòu)。本標準擴展了GB/T229所實施的針對V型缺口試樣的夏比沖表2擬測定的斷裂韌性材料響應(yīng)/斷裂行為相應(yīng)類型R-曲線特征參數(shù)線彈性IJed,KJd,Ku(B,dKa/dt,dJa/dt)彈塑性，不穩(wěn)定斷裂△a<0.2mmⅡJed,Kj(B,dJa/dt)彈塑性，不穩(wěn)定斷裂0.2mm≤△a≤0.15(W-ao)ⅡJu(B,△a,dJa/dt)彈塑性，不穩(wěn)定斷裂△a>0.15(W-a?)ⅢJa-△aJ0.2B(dJa/dt)彈塑性，穩(wěn)定斷裂J0.2B(dJa/dt)4GB/T38769—2020圖1典型的力-時間曲線示意圖5GB/T38769—2020沖擊加載速率下沖擊加載速率下斷裂韌性試驗不穩(wěn)定情形穩(wěn)定情形圖1中Ⅲ型或IV型試驗方法否降低沖擊速度或采用動態(tài)評價重復(fù)試驗設(shè)定不同△a否否是有效性(附錄G)J-R曲線有效性(附錄G)J,K有效性(附錄G)準靜態(tài)彈塑性斷裂力學(xué)準靜態(tài)彈塑性斷裂力學(xué)(附錄H)單試樣歸一化方法多試樣評價方法降低沖擊速度圖1中I型或Ⅱ型斷裂行為是是是否ⅡI圖2應(yīng)用本試驗方法的流程圖5.1應(yīng)根據(jù)GB/T229制作深度為2.0mm的V型缺口夏比沖擊試樣，并預(yù)制疲勞裂紋。5.2試樣通過彎曲疲勞預(yù)制的初始裂紋長度a。,應(yīng)滿足0.30≤a?/W≤0.70要求。如果J值的結(jié)果需同標準全尺寸試樣所得的斷裂韌性值直接比較，例如J0.2B.(見GB/T21143相關(guān)規(guī)定),則應(yīng)滿足0.45<a?/W<0.70的條件。由于試樣剛度越大越容易提高試驗的成功率，因此制備較短的裂紋長度更為適宜。5.3為便于預(yù)制疲勞裂紋，可在試樣上預(yù)先機加工或電火花切割出線槽。若試樣上已有V型缺口，則疲勞裂紋可在原缺口根部開始預(yù)制。機加工缺口的長度am應(yīng)比所要求的初始裂紋長度a?至少短lmm。5.4在最后的1.3mm或50%的預(yù)裂紋擴展量時，取兩者較小值。最大疲勞預(yù)制裂紋力F:應(yīng)取式(1)或式(2)的較小者?！?1)……式中，5=1.6×10-?m1/2,函數(shù)的值由附錄H中式(H.2)確定。在預(yù)制疲勞裂紋過程中，最小與最大力之比應(yīng)在0～0.1之間。6GB/T38769—20205.5當疲勞預(yù)制裂紋在溫度T?下進行、試驗在溫度T?下進行時，式(2)中的F?應(yīng)乘以修正系數(shù)R[T?]/Rp[T?],這里的R,[T?]是溫度T?時的準靜態(tài)屈服強度，而Rp[T?]是在溫度T?時的動態(tài)屈服強度。應(yīng)取Rp[T?]和R[T?]的較小值代入式(1)得到F。5.6試樣疲勞預(yù)裂后，可采用V型切削刀具根據(jù)GB/T229的要求在試樣兩側(cè)開1.0mm深的側(cè)槽。推薦測定所有的Ja-△a阻力曲線的試樣都開側(cè)槽。有關(guān)裂紋長度測量的具體要求，見9.4.2。6.1可采用附錄A規(guī)定的試驗機進行試驗。無論采用何種類型試驗機，其沖擊錘刃與砧座的尺寸應(yīng)符合GB/T3808要求。6.2試驗機的儀器化與校準程序應(yīng)符合GB/T19748的規(guī)定。6.3對于能夠記錄完整力信號(即力信號返回至測量基準線)的試驗，沖擊吸收總能量KV與儀器化積分總能量W,的差值應(yīng)小于KV值的±15%或±1J,取兩者較大值。如無法滿足上述要求且偏差未超過KV值的±25%或±2J,取兩者較大值，則可以通過修正力測量值的方式達到KV=W,見參考文獻[3]。若偏差超過KV值的±25%或±2J,則試驗無效，并需對儀器化沖擊錘刃進行校準后方能按需重新試驗。如試驗中無法記錄完整的力信號(如試樣在試驗中飛出而非全部打斷),則需采用相同的試驗裝置和至少5個具有近似沖擊吸收能量的夏比試樣(預(yù)裂試樣、無預(yù)裂試樣或兩者混合)開展驗證試驗，驗證試驗應(yīng)能記錄完整的力信號，且KV與W的偏差應(yīng)小于KV值的±15%或±1J,取兩者較大值。7試驗程序和測量按照GB/T229進行夏比沖擊試驗，可用其他類型的試驗機見附錄A。根據(jù)GB/T19748記錄力-位移曲線，并以此測定關(guān)鍵結(jié)果參數(shù)Fm、F,、W和W.。除GB/T19748規(guī)定的程序外，本標準也給出了測定沖擊速度、能量與裂紋長度的特定方法。通過這些基本數(shù)據(jù)可用于評測斷裂韌性參數(shù)，見附錄D～附錄F。7.2沖擊速度本標準所實施的試驗沖擊速度v。高于GB/T21143所規(guī)定的試驗速度，通常所采用的沖擊速度范圍為1m/s～5.5m/s。注1:通過調(diào)節(jié)沖擊錘刃的釋放角度(高度),可以改變擺錘式或落錘式?jīng)_擊試驗機的沖擊速度。注2:可以通過以下方式降低沖擊速度至v?:在砧座無試樣狀態(tài)下將擺錘降低至合適角度(高度)釋放。通過擺錘指針(或角度編碼器等模擬標尺)的方式讀出空擺能量KV?(單位為J)。如擺錘式?jīng)_擊試驗機標稱能量為300J的話，則降低后的沖擊速度按式(3)計算得到?！?3)7GB/T38769—2020當t?至不穩(wěn)定裂紋擴展起始時長小于3r時，r為儀器化測力信號的波動周期，則表明斷裂發(fā)生在所記錄的力-時間或力-位移曲線上小于3個載波振蕩信號之后。此時，由于力值信號的振蕩干擾已無法從所記錄的力信號中準確辨識試樣啟裂時刻，同時也無法使用本標準進行后續(xù)試驗評價，見圖1中I型曲線，并參見參考文獻[4-6]。對此，建議在后續(xù)試驗中適當降低沖擊速度以增加試樣斷裂前有效的注：當試樣受載至啟裂時長t<3t時，可以采用有關(guān)動態(tài)評價方法而不是測力的方式確定ty,例如沖擊響應(yīng)曲線法和裂紋尖端應(yīng)變片法，參見附錄C。驗直到有足夠多的有效數(shù)據(jù)點繪制Ja-△a阻力曲線，相關(guān)的步驟見附錄D。試樣在試驗后應(yīng)被打斷，進行斷口檢查測定原始裂紋長度a。及在試驗過程中發(fā)生的穩(wěn)定裂紋擴展量△a(若可行)。測量原始裂紋長度與穩(wěn)定或不穩(wěn)定裂紋擴展量(如適用)時，應(yīng)采用GB/T21143規(guī)定的方法(即9點平均法)。無論何種情形，均應(yīng)在報告中記錄不規(guī)則裂紋前緣的情況。注1:對于某些試驗，有必要在試樣打斷之前標記出穩(wěn)定裂紋擴展的范圍。穩(wěn)定裂紋擴展量可以通過加熱著色(氧化發(fā)藍)或試驗后二次疲勞的方法標記。注意盡量減小試驗后試樣的變形。對于具有韌脆轉(zhuǎn)變特性的材料可以預(yù)先冷卻試樣，有助于確保打斷試樣時發(fā)生脆斷而減小變形。注2:若加熱著色(氧化發(fā)藍)后試樣斷口上疲勞裂紋、穩(wěn)定擴展裂紋與脆性裂紋間反差較小，使用顯微鏡測定裂紋長度時宜采用暗場照明或濾鏡。對斷口進行數(shù)碼拍攝，并隨后借助數(shù)字化圖像分析軟件更有助于獲得可靠的結(jié)果。8.1基于試樣不同的斷裂行為評價其特征斷裂韌性參數(shù)，表2描述的力-位移曲線類型分別與不同的斷裂行為對應(yīng)。因此，通過試驗測得力-位移或力-時間曲線后應(yīng)根據(jù)圖1確定與之對應(yīng)的曲線類型。8.2當出現(xiàn)與圖1中I型或Ⅱ型曲線所示的不穩(wěn)定斷裂情形時，需根據(jù)疊加在力信號上的振蕩情況選擇適合的評價方法如下：a)如果斷裂發(fā)生在三個波動周期之內(nèi)，即t?<3t,則在后續(xù)試驗中應(yīng)降低沖擊速度以減輕力信號b)如果斷裂發(fā)生在至少三個波動周期之后，即t?≥3t,則應(yīng)采用附錄H提供的公式評價J積分斷裂韌性(J或J),并根據(jù)附錄G評價斷裂韌性結(jié)果的有效性。8.3當出現(xiàn)如圖1中Ⅲ型或IV型曲線所示的穩(wěn)定裂紋擴展情形時，應(yīng)采用附錄D的多試樣法或附錄E的單試樣法確定Ja-△a曲線。應(yīng)根據(jù)附錄G對結(jié)果進行有效性檢查。a)附錄D給出了多試樣法與相應(yīng)Ja-△a阻力曲線的評定步驟。b)本標準采用“歸一化方法”的單試樣技術(shù)測定Ja-△a阻力曲線的數(shù)值解或解析解，見附錄E。8GB/T38769—20208.4附錄F提供了從動態(tài)裂紋擴展阻力曲線上測定特征斷裂韌性結(jié)果參數(shù)[Jo.2B或Jo.2B(10)]的方法，同樣需根據(jù)附錄G評價結(jié)果的有效性。8.5給出斷裂韌性結(jié)果的同時應(yīng)在括號中注明相應(yīng)的加載速率，估測加載速率的方法見式(4)~式(6)。I型曲線： (4)Ⅱ型曲線： (5)Ⅲ型或IV型曲線： (6)8.6一些斷裂韌性評價程序或結(jié)果有效性核查需要特定應(yīng)變速率下材料的動態(tài)屈服強度，此時可根據(jù)GB/T30069.2測定相應(yīng)的參數(shù)，參考附錄B也可估測相關(guān)的應(yīng)變速率。9試驗報告9.1報告結(jié)構(gòu)根據(jù)本標準編制試驗報告，應(yīng)包括4個部分(見9.2～9.5),被測材料的描述、試樣和試驗條件，包括試驗環(huán)境都應(yīng)按9.2注明。疲勞預(yù)裂見9.3,裂紋前緣的平直度和裂紋長度的數(shù)據(jù)都應(yīng)符合9.4。試驗得到的斷裂參數(shù)應(yīng)符合9.4的有效性要求。9.2試樣、材料和試驗環(huán)境(參見附錄I.1)9.2.1試樣描述包括：——試樣編號；9.2.2試樣尺寸包括：-——厚度B和凈厚度B、,單位為毫米(mm);——寬度W,單位為毫米(mm);9.2.3材料描述包括：—-—材料的成分和標識編號；——產(chǎn)品形狀(板，鍛造，鑄造等)和狀態(tài)；——在疲勞預(yù)裂溫度下的拉伸性能，參考值或測量值；——在試驗溫度下的拉伸性能，參考值或測量值。9.2.4試驗環(huán)境包括：——溫度，單位為攝氏度(℃);——錘刃沖擊速度，單位為米每秒(m/s);-—采用試驗機的類型與特征。9.3預(yù)制疲勞裂紋的條件預(yù)制疲勞裂紋的條件包括：9GB/T38769—2020——K,單位為兆帕平方根米(MPa·m?.5);——F?,單位為千牛(kN);所有數(shù)據(jù)均應(yīng)滿足特定要求以符合本方法的判定條件，只有滿足判定條件的數(shù)據(jù)才能根據(jù)本方法用于定義沖擊加載速率下的斷裂韌性。建議參照附錄I的表格形式編排9.4.2～9.4.4所描述的數(shù)據(jù)。根據(jù)7.6在試樣厚度方向上等間隔的九點位置上測量裂紋長度，在報告中應(yīng)注明以下根據(jù)測量結(jié)——機械加工缺口長度(am); ——最終裂紋長度(a;);——平均裂紋擴展量(△a=a?—a?)。斷口的形貌包括：——記錄斷口特殊形貌的信息；表I.2為試樣試驗阻力曲線的數(shù)據(jù)。a)試樣應(yīng)滿足GB/T229尺寸和公差的要求；b)試驗裝置應(yīng)滿足GB/T229、GB/T19748與第6章的要求；c)平均初始裂紋長度ao應(yīng)在0.30W～0.70W之間；e)預(yù)制疲勞裂紋的最大力值應(yīng)滿足5.4的要求；f)中間七點的初始裂紋長度與九點初始裂紋平均值之差應(yīng)不超過0.1ao;g)中間七點的最終裂紋長度與九點最終裂紋平均值之差應(yīng)不超過0.1(a?+△a);h)測定Ja-△a阻力曲線和Jo.2na的數(shù)據(jù)點數(shù)量和間隔應(yīng)滿足附錄G的要求。試驗報告應(yīng)注明以下所測得的斷裂參數(shù)：b)dKa/dt,若適用；c)J,Kja,J或Jo.2,若適用；GB/T38769—2020d)dJa/dt,若適用；e)力-時間曲線的類型，參見圖1中的I型～IV型曲線；f)試驗記錄。GB/T38769—2020(規(guī)范性附錄)適用于各類試驗程序的試驗機A.1總則執(zhí)行本標準規(guī)定程序的通用類型試驗機要求如下。A.2擺錘式?jīng)_擊試驗機A.2.1根據(jù)GB/T19748規(guī)定設(shè)計的儀器化夏比擺錘沖擊試驗機，具有擺錘釋放位置可變的功能，因此試驗機具有可變的打擊速度。A.2.2可以使用其他具有固定砧座/移動錘刃或固定錘刃/移動砧座以及固定或移動試樣的其他類型的擺錘沖擊試驗機。A.2.3擺錘釋放位置可變，因此此類試驗機的打擊速度通常也是可變化的。A.2.4儀器化錘刃或砧座可提供力-時間或力-位移關(guān)系曲線。A.3落錘式?jīng)_擊試驗機可配備彈簧輔助蓄能裝置，試驗機打擊速度或落錘的質(zhì)量不設(shè)限制。打擊錘刃應(yīng)通過儀器化設(shè)計以提供力-時間或力-位移關(guān)系曲線。A.4液壓伺服型高速試驗機能夠?qū)υ嚇邮┘恿?，系統(tǒng)處于開環(huán)模式，可通過模擬試驗或預(yù)先試驗進行系統(tǒng)優(yōu)化，以獲得恒定的位移速率。必須注意是，作動器應(yīng)當在錘刃打擊試樣前達到所需的速率。錘刃、砧座與支座應(yīng)滿足GB/T3808的要求。GB/T38769—2020(資料性附錄)估算應(yīng)變速率斷裂力學(xué)試驗中的加載速率以斷裂特征量隨時間的變化率來表征，如dJa/dt。通常，裂紋尖端的應(yīng)變速率是未知的。特定溫度斷裂力學(xué)試驗所需的強度值Rp須通過與此相適應(yīng)的特定應(yīng)變速率拉伸試驗來確定。因此，R可能與靜態(tài)拉伸試驗結(jié)果Rp存在顯著差異。通過式(B.1)可近似估算斷裂力學(xué)試驗所對應(yīng)的等效應(yīng)變速率[12~13],式(B.1)通?？捎糜诠浪闩c試樣斷裂相關(guān)的應(yīng)變速率。式中：…………(B.1)Rp——試驗溫度下的屈服強度，單位為兆帕(MPa);E——試驗溫度下的楊氏彈性模量，單位為吉帕(GPa);I——小尺度屈服時至斷裂時刻所需的時間，或當材料發(fā)生顯著彈塑性變形時，力-時間關(guān)系曲線上初始線性段的時間間隔，單位為秒(s)。GB/T38769—2020(規(guī)范性附錄)動態(tài)斷裂韌性評價C.1總則試驗記錄與結(jié)果的分析計算視具體情況而有所不同。但是所有測試都具有一些共同的特性結(jié)果，包括斷裂時間、力-時間或力-位移響應(yīng)。沖擊響應(yīng)曲線法和裂紋尖端應(yīng)變片測試提供了準確可重復(fù)的試驗結(jié)果。C.2沖擊響應(yīng)曲線法C.2.1沖擊響應(yīng)曲線法是一種全動態(tài)測量技術(shù)[4-16]。它適用于任何試驗條件，特別是較高的沖擊速度或低溫條件，并僅適用于鋼。沖擊響應(yīng)法曲線示意圖如圖C.1所示。該方法適用于t?≥25μs情形。1——試樣受載至啟裂時長t,通過試驗實測；圖C.1沖擊響應(yīng)曲線法示意圖沖擊開始時刻t。由力信號前沿標識。裂紋擴展時刻t;由C.2.2所述的方法測定，試樣受載至啟裂時長t等于t,與t。之差，見圖C.2所示。C.2.2應(yīng)變片粘貼在試樣上，其中心距疲勞裂紋尖端1mm～2mm且敏感柵垂直于裂縫方向，如圖C.2所示。此類應(yīng)變片通常無須校準。C.2.3應(yīng)變片的敏感柵尺寸不應(yīng)超過1.5mm×1.5mm,粘貼應(yīng)變片應(yīng)使用熱固化溶劑稀釋的環(huán)氧粘合劑以獲得足夠薄的膠合線。使用三線四分之一橋接方式將應(yīng)變片與高頻響應(yīng)放大器連接，推薦響應(yīng)GB/T38769—2020頻率大于或等于1MHz。典型的應(yīng)變片激勵電壓為1V～4V。圖C.2沖擊過程中典型的錘刃力和裂紋尖端應(yīng)變片信號示意圖，應(yīng)變片實測信號突降點定義為裂紋擴展開始時刻。C.2.4當試樣受載至啟裂時長足夠，t?>3t[463,啟裂點定義為錘刃記錄的力陡降至少5%的時刻。此類情形時，可根據(jù)附錄H進行準靜態(tài)試驗評估。如果t?≤3t,則將啟裂點定義為裂紋尖端應(yīng)變計信號陡降至少20%的時刻，同時采用沖擊響應(yīng)曲線法進行動態(tài)斷裂韌性評估。C.2.5沖擊響應(yīng)曲線法主要由應(yīng)力強度因子與時間關(guān)系構(gòu)成，即K?ds(t)。根據(jù)實測的t?,可根據(jù)式(C.1)測定沖擊斷裂韌性K:K=Ky"(t=tj)…………(C.1)三種特定沖擊速度(v?=2.0m/s,3.8m/s和5.0m/s,a/W=0.5)的沖擊響應(yīng)曲線，見圖C.3。t/μs0L0圖C.3三種特定速率下的沖擊響應(yīng)曲線，即K?dy(t)實際使用時可采用式(C.2):Kdn=Rv?f(t')…………(C.2)式中，常數(shù)R=301GN/m?2,修正因子f(t′)的數(shù)值可從表C.1中獲得，t'由式(C.3)得出：GB/T38769—2020……(C.3)式中，t是實際測得的時間物理量，t'是對居于0.45<a?/W<0.55區(qū)間內(nèi)的初始裂紋長度加以修正后的時間量。當t>110μs時，修正因子小于5%。由于f(t′)修正函數(shù)的定義域限制t'≤110μs(約等表C.1當0.45≤a?/W≤0.55時評測K?"t00204264869注：常數(shù)R數(shù)值適用于符合GB/T3808的剛性擺錘試驗機，機器柔度系數(shù)Cm=8.1×10-m/N。如果測試設(shè)備的實際柔度與此值不同，則需引入一階修正系數(shù)，即1.276/(1+0.276×Cm×8.1×10-?m/N),通過與常數(shù)R的乘積來消除柔度的影響。參考文獻[4]與參考文獻[14]介紹了測定沖擊試驗機機器柔度的程序。C.3裂紋尖端應(yīng)變片法C.3.1裂紋尖端應(yīng)變片法需使用粘貼在試樣一側(cè)或雙側(cè)應(yīng)變片的輸出信號，應(yīng)變片的中心需與疲勞裂紋尖端對齊，且應(yīng)變片敏感柵的方向與裂紋擴展垂直，如圖C.4所示。當a/W≈0.5時，應(yīng)變片的理想粘貼位置與裂紋尖端距離5mm并與之對齊。見參考文獻[17]與[19]。GB/T38769—20201——應(yīng)變片；2——疲勞裂紋尖端；圖C.4裂紋尖端應(yīng)變片法記錄的典型力-時間曲線C.3.2應(yīng)變片的敏感柵尺寸不應(yīng)超過1.5mm×1.5mm,粘貼應(yīng)變片宜使用熱固化溶劑稀釋的環(huán)氧粘合劑以獲得足夠薄的膠合線。使用三線四分之一橋接方式將應(yīng)變片與高頻響應(yīng)放大器連接，推薦頻率響應(yīng)大于或等于1MHz。典型的激勵電壓為1V～4V。C.3.3首先將試樣靜態(tài)加載彎曲，以校準應(yīng)變片測量放大器輸出信號與所施加力之間的對應(yīng)關(guān)系。至少需測量六組輸出電壓和對應(yīng)的力值，直至最大的預(yù)裂紋應(yīng)力強度因子Kmx。建議校準試驗與沖擊試驗在同一試驗機上進行。C.3.4實施沖擊試驗并記錄應(yīng)變儀輸出信號，一條典型的力-時間測試記錄如圖C.4所示。C.3.5當試樣受載至啟裂時長足夠，t?>3t[4+6],裂紋形成點定義為錘刃記錄的力陡降至少5%的時刻。此類情形時，可根據(jù)附錄H進行準靜態(tài)試驗評估。C.3.6如果t?≤3t,試樣受載至啟裂時長t?可從應(yīng)變片記錄的力-時間曲線中得到，且Ka可基于C.2所介紹的沖擊響應(yīng)曲線法計算確定。GB/T38769—2020(規(guī)范性附錄)D.1總則當裂紋發(fā)生穩(wěn)定擴展時，如圖1中類型Ⅲ與類型V,采用一些試驗方法可測定材料的斷裂韌性參數(shù)。多試樣方法涉及對一系列名義相同的試樣加載至設(shè)定的位移水平，進而誘使裂紋發(fā)生穩(wěn)定的擴展量。每根試樣在阻力曲線上提供一個點。根據(jù)GB/T21143的規(guī)定，一根阻力曲線要求至少包括6組D.2小角度沖擊試驗D.2.1本試驗程序意圖通過限制擺錘或落錘試驗機的可用沖擊能量Wo,促使試樣產(chǎn)生一定量的穩(wěn)定裂紋擴展，但不足以完全打斷試樣。通過對一組平行試樣進行不同打擊能量Wo,的系列化試驗，可得到一系列不同的裂紋擴展量△a,與對應(yīng)的Ja值，進而構(gòu)建出Ja-△a阻力曲線。D.2.2應(yīng)采用以下程序：a)預(yù)裂7～10個試樣，并使其初始裂紋長度a。名義相同；b)對其中一個試樣進行完整的儀器化沖擊試驗。并根據(jù)GB/T19748評估最大力點對應(yīng)的能量(裂紋形成功)Wm與總斷裂能量W;c)確定能量間距△Wo=2Wm/N,其中N是小角度沖擊試驗的試樣數(shù)量；d)通過設(shè)置擺錘的釋放位置或落錘的高度來進行沖擊試驗，例如W?=2Wm/N。同時應(yīng)避免打e)對剩余的試樣重復(fù)試驗，以增量△W?=2Wm/N的水平逐次增加可用的初始打擊能量W;f)可采用二次疲勞或熱著色的方法標記裂紋擴展；g)試驗后斷開試樣，應(yīng)注意盡量減少殘樣的變形。對于韌脆轉(zhuǎn)變顯著的金屬材料可采取冷卻的h)對于每次試驗，需確定試驗終止力F,和相應(yīng)的吸收能量W,并根據(jù)7.6測量ao與△a=△a;i)采用式(H.1)～式(H.8)計算J?,并用F?,W?,a;與△a;分別替換F。,W,a和△a?;j)在Ja-△a圖中繪制所得到的N-1對數(shù)據(jù)點(J;,△a)并根據(jù)GB/T21143確定Ja-△a阻力曲線，根據(jù)附錄F確定Jo.2B;k)根據(jù)附錄G的有效性判據(jù)對Ja-△a阻力曲線和Jo.2Ba進行評價；1)根據(jù)第9章報告試驗結(jié)果。GB/T38769—2020(規(guī)范性附錄)用歸一化方法評定Ja-△a阻力曲線E.1歸一化方法源于基礎(chǔ)的關(guān)鍵曲線法，見參考文獻[20]。本標準采用參考文獻[21]介紹的評定方法。E.2測定Ja-△a阻力曲線的第一步是根據(jù)7.6章測量初始和最終裂紋長度。隨后，采用式(E.1)對每個載荷值F進行歸一化計算，直至但不包括最大力Fm?！?E.1)式中，ap)是鈍化修正裂紋長度，按式(E.3)～式(E.5)計算：…………(E.2)…………(E.3)是動態(tài)流變應(yīng)力，即動態(tài)屈服強度[根據(jù)式(G.2)或(G.3)得到]與動態(tài)抗拉強度(實測得到)的平均值，Kd;)由式(E.6)得到。最大力前，計算Kac與Jd.ptt)應(yīng)采用試樣初始裂紋長度a??！?E.6)………(E.7)對于儀器化力-位移曲線上每一點的位移S?,按式(E.8)計算其歸一化塑性位移值?！?E.8)式中，C?是試樣基于裂紋長度ab()的加載線彈性柔度系數(shù)，可由式(E.9)計算得到：E.3以這種方式，儀器化力-位移曲線上從起始點直至但不包括最大力Fm部分的數(shù)據(jù)點都可以歸一化處理。針對結(jié)束點，在式(E.1)、式(E.8)與式(E.9)中代入最終裂紋長度aj進行歸一化計算且無需進行鈍化修正，即abc)用a1替換。對歸一化后的無量綱塑性位移值，從0.001開始直至最大力(但不包括Fm本身),需注意的是與最終裂紋長度對應(yīng)的結(jié)束點需一并計入歸一化函數(shù)擬合。歸一化函數(shù)擬合可采用GB/T38769—2020式(E.10)所示的解析表達式求解。曲線上各實測點的歸一化力值FN(與擬合函數(shù)值吻合。具體而言，從spc)≥0.002的數(shù)據(jù)點開始迭代，相應(yīng)地利用實測的初始裂紋長度ao進行載荷和位移的歸一化處理。通過調(diào)整裂紋長度a()的數(shù)值，直到歸一化載荷Fna)的測量值[按式(E.1)]與擬合函數(shù)計算值[按式(E.10)]的相對誤差≤士0.1%。后續(xù)的每個數(shù)據(jù)點采用類似的方法處理。如果每次以前一數(shù)據(jù)點的裂紋長度作為迭代初值，那么只需進行較小的調(diào)節(jié)便可相對較快地獲得試樣的實時裂紋長度a?)。迭代計算出儀器化力-位移曲線上各點對應(yīng)且至少應(yīng)有10個有效數(shù)據(jù)點；所有擬合點與測量數(shù)據(jù)之間的偏差應(yīng)在1%以內(nèi)；使用該方法所允許估算的最大裂紋擴展不應(yīng)超過初始韌帶的15%。如果不滿足上述要求，則無法采用本標準實施試驗。E.5應(yīng)至少增加一個試樣以確認歸一化方法是否適用于所測材料。即使用先前獲得的Ja-△a阻力曲線，測定裂紋擴展0.5mm對應(yīng)的試樣加載撓度值(或沖擊吸收能量)。對所增加的這一根試樣采用相同的加載條件與方式至計算所得到的加載水平，此時通過光學(xué)測量的裂紋擴展應(yīng)為0.5mm±0.25mm。E.6按第9章的要求報告試驗結(jié)果。20GB/T38769—2020(規(guī)范性附錄)F.1概述根據(jù)附錄D或附錄E確定Ja-△a阻力曲線后，可按照GB/T21143評測各特征斷裂韌性值。其算值應(yīng)滿足附錄G中規(guī)定的有效性判據(jù)。注1:Jo.2B通常用于穩(wěn)定裂紋擴展起始點的工程估算。在安全評估中采用J0.2Ba可能會導(dǎo)致非保守的結(jié)果。不過，注2:在GB/T21143中采用J;表示準靜態(tài)試驗條件下裂紋尖端鈍化時物理裂紋的萌生點，定義為裂紋啟裂斷裂韌性。J;被認為是一種材料特性，與試樣的尺寸與形狀不敏感。確定J,需使用掃描電子顯微鏡來測量斷裂面甚至根本不可見。本標準不包含與GB/T21143所規(guī)定的準靜態(tài)J,值相對應(yīng)的動態(tài)斷裂韌性J:值的評采用GB/T21143對鈍化線的定義，動態(tài)加載條件鈍化線如式(F.1)所示：Ja(△a)=3.75×Rmd×△a…………(F.1)GB/T38769—2020(規(guī)范性附錄)有效性判據(jù)根據(jù)本標準評測斷裂韌性值，應(yīng)滿足0.30W≤a?≤0.70W及以下判據(jù)時方為有效?！硎井斍霸囼瀾?yīng)變速率與溫度條件下的動態(tài)流變應(yīng)力，即與GB/T21143采用的靜態(tài)流變應(yīng)力所等效的動態(tài)指標。Ra通過動態(tài)屈服強度R與動態(tài)抗拉強度Rma的平均值計算得到。若無法試驗獲得R與Rm時，Ra可根據(jù)式(G.2)和式(G.3)估算[22]。與此同時，Rm應(yīng)通過動態(tài)拉伸試驗實測。對于2mm半徑的錘刃：對于8mm半徑的錘刃：G.3Ja-△a阻力曲線的判定G.3.1根據(jù)式(G.4)～式(G.6)計算每個試樣的Jdmax,取最小值?！?G.2)………(G.3)…………(G.4)…………(G.5)………(G.6)G.3.2根據(jù)式(G.7)計算每個試樣的△amax?！鱝max=0.25(W-ao)…………(G.7)G.3.3最佳擬合曲線與Ja.mx或△amx邊界線的交點定義為J。,作為被測試樣J值確定的裂紋擴展邊界。G.3.4在以下排除性條件所規(guī)定的邊界范圍內(nèi)，應(yīng)至少采用6個數(shù)據(jù)點來擬合Ja-△a圖中的阻力曲線：——Ja=J;——最小裂紋擴展邊界線，與鈍化線[式(F.1)]平行且偏置0.10mm;GB/T38769—2020——最大裂紋擴展邊界線，與鈍化線[式(F.1)]平行且偏置量等于△amax[式(G.7)]。G.3.5Jg設(shè)定了Ja-△a阻力曲線的適用范圍限制，其定義見G.3.3。G.4Jo.2的判定G.4.1如果J0.2超過Jdmax,那么J0.2Ba無效。G.4.2如果Ja-△a阻力曲線在0.2mm裂紋擴展位移偏置線交點處的斜率(dJa/da)0.2m不能滿足式G.4.3如果J0.2通過有效性判據(jù)，則所測得的J0.2是非尺寸敏感的。如不滿足，則應(yīng)該報告尺寸敏感值J0.2Bd(10),其中10mm是預(yù)裂紋夏比試樣的名義厚度。GB/T38769—2020(規(guī)范性附錄)測定J積分斷裂韌性H.1當0.30≤a?/W<0.45時，在儀器化力-位移曲線上由力值F?,位移s及裂紋長度a。確定某點所對應(yīng)的動態(tài)J積分斷裂韌性Ja值，可通過式(H.1)計算?！?H.2)中Wp表示力-位移曲線下面積的塑性分量，可通過式(H.3)確定：…………是力-位移試驗記錄曲線下至位移s的總面積，C?是試樣的彈性柔度，根據(jù)式(H.4)Co=Cs十CM…………(H.4)其中，Cs是試樣理論柔度，由式(H.5)確定。CM是機器柔度，可通過對無缺口夏比試樣實施彈性小角度沖擊試驗確定其數(shù)值，見式(H.6):………… …………H.2若0.45≤a?/W≤0.70時，當加載位移至s,裂紋從ao穩(wěn)定擴展至ao+△a,,此時式(H.1)應(yīng)轉(zhuǎn)化注1:對于不開側(cè)槽試樣，BN=B?？赊D(zhuǎn)換為相應(yīng)的應(yīng)力強度因子KJa與Kjo.2B,如(H.9):…………GB/T38769—2020此外，式(5)計算得到的dJa/dt可通過式(H.10)轉(zhuǎn)化為dKja/dt:KJed與dKja/dt值可用于計算“主曲線參考溫度”,詳見參考文獻[2]。GB/T38769—2020(資料性附錄)試驗報告示例注：本附錄給出了試驗報告需包含的內(nèi)容而不是格式。試樣編號取樣方向取樣部位材料材料說明材料形狀或狀態(tài)試樣尺寸BBNWao/W(名義)溫度E(楊氏模量)v(泊松比)Rm(準靜態(tài)抗拉強度)拉伸性能-試驗溫度二=二二三參考值e==實測值(M)(MPa)26GB/T38769—2020E(楊氏模量)(泊松比)最終K最終F最終K:/E試驗溫度參考值E二==二二二二(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa·m?.5)(m?.5)測量點位置預(yù)裂紋長度123456789GB/T38769—2020a平均初始裂紋長度平均疲勞預(yù)制裂紋長度平均裂紋擴展量平均最終裂紋長度斷口形貌發(fā)生解理斷裂記錄斷面上呈現(xiàn)異常特征的記錄如下：(是/否)表I.2阻力曲線數(shù)據(jù)阻力曲線評測方法：試驗記錄信息：試驗員：數(shù)據(jù)點mm40mmmmB冪律擬合方程Ja=α+β△a'系數(shù)y=GB/T38769—2020Jdmaxa)數(shù)據(jù)應(yīng)符合附錄G.3的判據(jù)要求；b)根據(jù)Jg確定Ja-△a阻力曲線適用范圍的限制。若滿足全部判據(jù)要求，則根據(jù)本方法得到的冪律方程可有效表征Jg范圍內(nèi)的Ja-△a阻力曲線。I.4J?.2ap的判定選用數(shù)據(jù)點的數(shù)目：冪律擬合方程Ja=α+β△a?系數(shù)γ=a)數(shù)據(jù)應(yīng)符合附錄G.4的判據(jù)要求；b)鈍化線0.2mm偏置線與冪律擬合曲線交點的切線斜率dJa/da應(yīng)小于1.875Rmd;若滿足全部判據(jù)：若無法滿足全部判據(jù)：GB/T38769—2020[2]ASTME1921,StandardTestMethodforDeterminationofReferenceTemperature,To,forFerriticSteelsintheTransitionRange,ASTMBookofStandards,Volume03.01.[3]LuconE.OntheeffectivenessofthedynamicforceadjustmentforreducingthescatterofinstrumentedCharpyresults.J.ASTMInt.2009January,6(1).[5]IrelandD.R.FractureToughnessDataforFerriticNuclearPressureVesselMaterials,ETITechnicalReportTR75-37forEPRI,1975.[6]IrelandD.R.AReviewoftheProposedStandardMethodofTestforImpactTestingPre-crackedCharpySpecimensofMetallicMaterials,C.S.N.I.SpecialistMeetingonInstrumentedPre-crackedCharpyTesting,EPRINP-2102-LD,Project1757-1,C.S.N.I.No.67,Proceedings,November1981,pp.1.25-1.64.[7]ErnstH.,ParisP.C.,RossowM.,HutchinsonJ.W.Analysisofload-displacementrelationshiptodetermineJ-Rcurveandtearinginstabilitymaterialproperties.In:FractureMechanics.ASTMSTP677.(SmithC.W.ed.).ASTM,1979,pp.581-599.[8]JoyceJ.A.StaticanddynamicJ-RcurvetestingofA533Bsteelusingthekey-curveanalysistechnique,FractureMechanics:14thsymposium,VolumeI:TheoryandAnalysis,ASTMSTP791,J.C.LewisandG.Sines,Eds.,ASTM,1983,pp.I-543-I-560.[9]BrüninghausK.,TwicklerR.,HeuserA.,MemhardD.,DahlW.ApplicationoftheKeyCurveMethodonStaticandDynamicJR-CurveDeterminationwithCT-andSENB-Specimens,Proc.6hEurop.Conf.Fracture,(ECF6),Amsterdam,1986,S.429.[10]SchindlerH.J.EstimationofthedynamicJ-R-curvefromasingleimpactbendingtest,Pro-ceedingsof11thEuropeanConf.onFracture(ECF11),Poitiers,1996,EMAS,pp.2007—2012.[11]SchindlerH.J.EstimationoffracturetoughnessfromCharpytests-theoreticalrelations.In:PendulumImpactTesting:ACenturyofProgress.ASTMSTP1380,(SiewertT.,&.ManahanM.P.Sr.eds.),AmericanSocietyforTestingandMaterials,WestConshohocken,PA,1999,pp.337-353.[12]IrwinG.R.Crack-toughnesstestingofstrain-ratesensitivematerials.TransactionoftheASME.JournalofEngineeringforPower.October1964,pp.444-450.