GBT 42903-2023 金屬材料 蠕變裂紋及蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率測定方法

金屬材料蠕變裂紋及蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率測定方法2023-08-06發(fā)布2023-12-01實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會前言 I引言 Ⅱ 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4符號及說明 5試驗(yàn)原理 6一般要求 7試驗(yàn)設(shè)備 8試樣 9試驗(yàn)程序 10試驗(yàn)結(jié)果處理 11試驗(yàn)報(bào)告 附錄A(規(guī)范性)斷裂力學(xué)參量計(jì)算方法 附錄B(規(guī)范性)蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率描述模型 附錄C(規(guī)范性)焊接接頭試樣的斷裂力學(xué)參量計(jì)算方法 附錄D(資料性)蠕變-疲勞小裂紋擴(kuò)展速率測試方法 附錄E(資料性)位移測量裝置 25附錄F(資料性)直流電位法測定裂紋長度 附錄G(資料性)蠕變位移速率的計(jì)算方法 附錄H(資料性)推薦的數(shù)據(jù)處理方法 參考文獻(xiàn) I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位：華東理工大學(xué)、中機(jī)試驗(yàn)裝備股份有限公司、鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司、天津大學(xué)、中國石油大學(xué)(華東)、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、深圳萬測試驗(yàn)設(shè)備有限公司、廈門市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測院、力試(上海)科學(xué)儀器有限公司、中國聯(lián)合重型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)有限公司、中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司、中廣核研究院有限公司、中國核動力研究設(shè)計(jì)院、寶山鋼鐵股份有限公司。本文件主要起草人：張顯程、談建平、涂善東、軒福貞、高怡斐、董莉、馬偉、陳剛、蔣文春、黃星、伏喜斌。Ⅱ電力、煉化、冶金以及航空等領(lǐng)域的設(shè)備呈現(xiàn)出服役溫度提高、服役時間延長的發(fā)展趨勢，使得蠕變及蠕變-疲勞失效與預(yù)防控制問題更加凸顯。由于制造工藝的限制，許多構(gòu)件在使用之前就已經(jīng)存在裂紋或其他缺陷；同時，在服役期間構(gòu)件的應(yīng)力集中部位也很可能會有裂紋萌生。正是這些裂紋及其在蠕變及蠕變-疲勞條件下的擴(kuò)展造成了高溫構(gòu)件的失效，甚至引起災(zāi)難性的事故。為準(zhǔn)確地評價帶裂紋構(gòu)件的安全性和可靠性，需要測試材料的蠕變裂紋和蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展性能。在恒定溫度及靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)載荷下，測定金屬材料及焊接接頭的蠕變裂紋起裂時間以及蠕變裂紋擴(kuò)展速率，試樣類型為緊湊拉伸試樣、C型拉伸試樣、單邊缺口拉伸試樣、單邊缺口彎曲試樣、雙邊缺口拉伸試樣或中心缺口拉伸試樣。通過數(shù)據(jù)處理獲得裂紋擴(kuò)展速率和斷裂參量K或C(C或C,)的關(guān)系。對于蠕變脆性材料，采用K或C,表征裂紋擴(kuò)展速率；對于蠕變延性材料，采用斷裂參量C*(Co或C,)表征裂紋擴(kuò)展速率。在恒定溫度及單軸循環(huán)載荷下，測定金屬材料的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率，測試試樣為緊湊拉伸試樣。通過數(shù)據(jù)處理獲得裂紋擴(kuò)展速率和斷裂參量△K或(C,)…的關(guān)系。對于蠕變脆性材料，采用應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K表征蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN;對于蠕變延性材料，采用斷裂參量平均值(C?)a表征循環(huán)保載時的平均裂紋擴(kuò)展速率(da/dt)ag。1金屬材料蠕變裂紋及蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率測定方法1范圍本文件規(guī)定了金屬材料蠕變裂紋及蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)相關(guān)的符號和說明、試驗(yàn)原理、試樣設(shè)計(jì)、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)結(jié)果處理及試驗(yàn)報(bào)告。本文件適用于在恒定溫度時靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)載荷下，測定金屬均質(zhì)材料及金屬焊接接頭的蠕變裂紋起裂時間以及蠕變裂紋擴(kuò)展速率；在恒定溫度時單軸循環(huán)載荷下，測定金屬均質(zhì)材料的蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB/T12160金屬材料單軸試驗(yàn)用引伸計(jì)系統(tǒng)的標(biāo)定GB/T16825.1金屬材料靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)第1部分：拉力和(或)壓力試驗(yàn)機(jī)測力系統(tǒng)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)GB/T16825.2靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)第2部分：拉力蠕變試驗(yàn)機(jī)施加力的檢驗(yàn)GB/T25917.1單軸疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)第1部分：動態(tài)力校準(zhǔn)GB/T34104金屬材料試驗(yàn)機(jī)加載同軸度的檢驗(yàn)JJF1637廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范JJG141工作用貴金屬熱電偶JJG276高溫蠕變、持久強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)JJG556軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)JJG617數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。蠕變裂紋擴(kuò)展速率creepcrackgrowthrate恒定溫度和載荷下單位時間內(nèi)的裂紋長度變化量。蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率creep-fatiguecrackgrowthrateda/dN恒定溫度和帶保載的循環(huán)載荷下單個循環(huán)內(nèi)的裂紋長度變化量。2GB/T42903—2023平均裂紋擴(kuò)展速率averagecrackgrowthrate蠕變-疲勞循環(huán)加載中不計(jì)疲勞裂紋長度變化量后的平均裂紋長度變化量。試驗(yàn)過程中過加載點(diǎn)沿加載方向的位移。裂紋嘴張開位移crackmouthopeningdisplacement試驗(yàn)過程中裂紋嘴垂直于裂紋面的張開位移。C繞裂紋尖端從裂紋的一個自由面到另一個自由面的圍線積分。注1:見圖1,用于表征物體在大范圍蠕變條件下任一時刻裂紋前沿局部應(yīng)力和應(yīng)變率場。注2:在X-Y平面內(nèi)裂紋尖端平行Z軸的線性積分C見公式(1): (1)W——單位體積瞬時應(yīng)力功或能量率；T——圍繞(即包含)裂紋尖端的積分路徑；T——在ds上外部拉應(yīng)力矢量；u——在ds上位移速率矢量；x,y——直角坐標(biāo)系；ds——輪廓回線上的增量；沿P進(jìn)入閉合曲面應(yīng)力能率，圖1裂紋尖端積分路徑示意圖3初始蠕變裂紋擴(kuò)展至0.2mm所對應(yīng)的時間。4符號及說明本文件所使用的符號及說明見表1。表1符號及說明符號說明單位A穩(wěn)態(tài)蠕變冪律本構(gòu)系數(shù)a裂紋長度mm最終裂紋長度mm最終裂紋長度預(yù)測值mm初始裂紋長度mmB試樣厚度mm側(cè)槽試樣的凈厚度mmC蠕變條件下，裂紋尖端斷裂參量MPam/h保載過程中C,的平均值N/(mmh)蠕變斷裂參量，C.和C的統(tǒng)稱MPam/h大范圍蠕變條件下，裂紋尖端斷裂參量MPam/hD加載桿螺紋外徑mmRamberg-Osgood本構(gòu)系數(shù)蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率mm/cycle蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率中循環(huán)相關(guān)的裂紋擴(kuò)展速率mm/cycle蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率中保載時的裂紋擴(kuò)展速率mm/cycle蠕變裂紋擴(kuò)展速率mm/b平均裂紋擴(kuò)展速率mm/hE彈性模量MPaf加載頻率H與蠕變冪律本構(gòu)指數(shù)和試樣形狀尺寸相關(guān)的函數(shù)J積分塑性分量MPammK應(yīng)力強(qiáng)度因子MPam1/2側(cè)槽試樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子MPam1/2L試樣半高mmM焊接強(qiáng)度失配因子，焊縫材料和母材屈服強(qiáng)度的比值mRamberg-Osgood本構(gòu)指數(shù)N疲勞循環(huán)周次7穩(wěn)態(tài)蠕變冪律本構(gòu)指數(shù)4表1符號及說明(續(xù))符號說明單位P試驗(yàn)施加載荷N預(yù)制裂紋疲勞載荷NR循環(huán)載荷最小值與最大值之比C型試樣內(nèi)徑mmC型試樣外徑mmRp?試驗(yàn)溫度下，垂直于裂紋面方向材料的0.2%規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度MPaT溫度℃t試驗(yàn)時間h循環(huán)載荷中的保載時間h瞬態(tài)蠕變時間hV試樣上任一時刻的電壓測量值試驗(yàn)結(jié)束時刻的電壓V?初始電壓W試樣寬度mmXC型試樣加載孔偏移量mm形狀因子 Y?兩個電壓測點(diǎn)距離的一半mmδ位移mm裂紋嘴張開位移mm加載線位移mm蠕變位移mm彈性位移mm塑性位移mmδ位移速率mm/h蠕變位移速率mm/h彈性位移速率mm/h塑性位移速率mm/hσ試樣上施加的名義應(yīng)力MPaU泊松比裂紋擴(kuò)展量mm最終裂紋擴(kuò)展量mm最終裂紋擴(kuò)展量預(yù)測值mm疲勞載荷下的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍MPam1/2載荷范圍N保載過程中蠕變位移增量mm注：除非特別說明，本表格所列舉的各參數(shù)符號的數(shù)值均為試驗(yàn)溫度下的測量或計(jì)算值。55試驗(yàn)原理5.1蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)原理在恒定溫度下，沿預(yù)制裂紋試樣加載線方向施加恒定載荷并保持一定時間，通過測試裂紋長度與時間的變化曲線、位移與時間的變化曲線，計(jì)算得到裂紋起裂時間、蠕變裂紋擴(kuò)展速率da/dt和斷裂參量5.2蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)原理在恒定溫度下，沿預(yù)制裂紋試樣加載線方向施加循環(huán)載荷，通過測試裂紋長度隨時間的變化曲線、裂紋長度隨循環(huán)周次的變化曲線、位移隨時間的變化曲線和位移隨循環(huán)周次的變化曲線，計(jì)算得到蠕變脆性材料的裂紋擴(kuò)展速率da/dN與循環(huán)應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K的關(guān)系，及蠕變延性材料的平均裂紋擴(kuò)展速率(da/dt)avg與斷裂參量(C?)avg的關(guān)系。6一般要求6.1加載方式的確定6.1.1蠕變裂紋擴(kuò)展測試的加載方式有恒力、恒位移和恒位移速率加載三種，推薦采用恒力加載。注：恒位移和恒位移速率加載僅適用于極脆的材料，按這兩種方式加載時，其測試結(jié)果宜與恒力加載的測試結(jié)果比對，以保證分析結(jié)果的可信度。6.1.2蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展測試中存在時間相關(guān)的沿晶蠕變和循環(huán)相關(guān)的穿晶疲勞兩種類型的裂紋擴(kuò)展機(jī)制，與材料類型、外加載荷頻率、載荷譜類型相關(guān)。在試驗(yàn)周期允許的條件下，推薦選取與服役工況類似的加載頻率和波形。6.2試樣的選取6.2.1試樣類型包括：緊湊拉伸(CT)試樣、C型拉伸(CST)試樣、單邊缺口拉伸(SENT)試樣、單邊缺口彎曲(SENB)試樣、雙邊缺口拉伸(DENT)試樣、中心缺口拉伸(MT)試樣。6.2.2蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)和蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)均推薦采用CT試樣。6.2.3采用其他類型試樣進(jìn)行蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)宜考慮以下因素：a)試樣的應(yīng)力狀態(tài)與構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)相似；b)用于測試的材料量及其尺寸；c)材料蠕變延性和應(yīng)力敏感性；對蠕變脆性材料，推薦采用CT試樣；d)測試設(shè)備能力；e)加載方式(拉伸、彎曲和拉伸加彎曲)。6.2.4應(yīng)通過改變試樣類型、尺寸、側(cè)槽輪廓調(diào)整試樣拘束度，使裂紋前沿滿足均勻擴(kuò)展的要求。6.2.5所選試樣類型及尺寸應(yīng)有足夠的韌帶長度，以獲取足夠的裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)。6.3試驗(yàn)周期的要求6.3.1對于蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，試驗(yàn)時間應(yīng)大于1000h。注：試驗(yàn)時間在5000h～10000h,可以降低裂紋尖端塑性，使裂紋穩(wěn)態(tài)開裂。6.3.2對于蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)測試材料和測試溫度確定加載速率、最大載荷、保載時間，以保證有明顯的蠕變-疲勞交互的裂紋擴(kuò)展。66.4數(shù)據(jù)記錄的要求6.4.1對于蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，應(yīng)實(shí)時記錄裂紋尺寸、載荷、位移、溫度隨時間的變化曲線。6.4.2對于蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，應(yīng)實(shí)時記錄裂紋尺寸、載荷、位移、溫度隨時間及循環(huán)周次的變化6.5最小試驗(yàn)頻次的要求6.5.1對于蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行多次測試以確定數(shù)據(jù)分散帶。宜在不同載荷下至少進(jìn)行5次試驗(yàn)，且測試獲得的裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)應(yīng)有重疊。6.5.2若材料呈現(xiàn)出不規(guī)則的晶粒尺寸和空洞、焊縫(X焊縫、熱影響區(qū))等其他幾何不連續(xù)狀況，應(yīng)增加試驗(yàn)頻次。除去測試因素的影響，如果蠕變裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)的分散性增加，應(yīng)增加試驗(yàn)頻次。6.5.3若需要得到蠕變裂紋起裂壽命，試驗(yàn)頻次應(yīng)不少于5次，且應(yīng)均勻地覆蓋所關(guān)注的測試時長。6.5.4對于蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，應(yīng)至少進(jìn)行2次試驗(yàn)，且獲得的裂紋擴(kuò)展速率數(shù)據(jù)應(yīng)有重疊。6.6關(guān)聯(lián)參量的選取6.6.1蠕變裂紋擴(kuò)展速率的關(guān)聯(lián)參量有K、C?及C。關(guān)聯(lián)參量的選取取決于材料的蠕變性能、試樣類型及其尺寸。對于蠕變延性材料，推薦采用C.或C(統(tǒng)稱為C*)。對蠕變脆性材料，推薦采用C,或K。按附錄A計(jì)算相關(guān)試樣的斷裂參量。6.6.2蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率的關(guān)聯(lián)參量有△K及(C)ag。對于蠕變脆性材料，蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN與應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K相關(guān)聯(lián)。對于蠕變延性材料，平均裂紋擴(kuò)展速率(da/dt)與C參數(shù)的平均值(C)a相關(guān)聯(lián)。按附錄B計(jì)算相關(guān)的斷裂參量，獲得蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率方程。注：相關(guān)研究顯示，對于單軸蠕變斷后伸長率在10%及以上的材料，(da/dt)awg與(C)wg的關(guān)聯(lián)與保載時間無關(guān)。6.6.3對焊接接頭試樣進(jìn)行蠕變裂紋擴(kuò)展速率測試時，應(yīng)按附錄C對斷裂參量進(jìn)行修正。6.6.4特殊情況下需要測試獲得蠕變-疲勞小裂紋擴(kuò)展速率，具體方法及要求見附錄D。7試驗(yàn)設(shè)備7.1一般要求試驗(yàn)設(shè)備一般包括試驗(yàn)機(jī)、加載裝置、加熱裝置和溫度測量系統(tǒng)、位移測量裝置、裂紋長度測量7.2試驗(yàn)機(jī)7.2.1蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)允許在不同類型的蠕變試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，但應(yīng)滿足以下要求：a)試驗(yàn)機(jī)能提供施加軸向試驗(yàn)力并使試樣上產(chǎn)生的彎矩和扭矩最小，試驗(yàn)前對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行外觀檢查以確保試驗(yàn)機(jī)的加力桿、夾具、萬向節(jié)和連接裝置都處于良好狀態(tài)；b)試驗(yàn)機(jī)能均勻平穩(wěn)無震動地在試樣上施加載荷；c)試驗(yàn)機(jī)遠(yuǎn)離外界的震動和沖擊，具有試樣斷裂時將震動降到最小的緩沖裝置；d)試驗(yàn)機(jī)按照GB/T16825.2檢驗(yàn)力值，力值精度優(yōu)于±1%;e)試驗(yàn)機(jī)按照GB/T34104檢驗(yàn)加載同軸度，同軸度不大于10%;f)試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)按JJG276執(zhí)行。77.2.2蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)允許在不同類型的疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，但應(yīng)滿足以下要求：a)試驗(yàn)機(jī)有足夠的剛度，并能夠在載荷控制下循環(huán)運(yùn)動；b)試驗(yàn)機(jī)按照GB/T16825.1檢驗(yàn)靜態(tài)力值，力值精度優(yōu)于±1%,示值變動度不超過1%;按照GB/T25917.1或JJG556檢驗(yàn)動態(tài)力值，力值精度優(yōu)于±2%;c)試驗(yàn)機(jī)按照GB/T34104檢驗(yàn)加載同軸度，同軸度不大于8%;d)試驗(yàn)機(jī)能記錄所有周次；e)試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)按JJG556執(zhí)行。7.3加載裝置7.3.1CT試樣的加載裝置按圖2設(shè)計(jì)。銷釘與銷孔間隙應(yīng)使兩者摩擦減至最小。7.3.2應(yīng)保證加載裝置具有足夠的剛性和同軸度。單位為毫米圖2U型夾具尺寸圖7.4加熱裝置和溫度測量系統(tǒng)加熱裝置應(yīng)使試樣能夠均勻地加熱到規(guī)定的溫度。7.4.2加熱裝置溫度的允許偏差加熱裝置應(yīng)加熱試樣至試驗(yàn)溫度(T)。試驗(yàn)溫度(T)和顯示溫度(T;)之間的允許偏差和試樣韌帶上溫度梯度應(yīng)滿足表2的要求。對于試驗(yàn)溫度超過1100℃的試驗(yàn)，應(yīng)由雙方協(xié)商確定溫度的允許偏差。8顯示溫度(T;)應(yīng)在試樣韌帶區(qū)表面測得，并應(yīng)考慮所有的誤差，以對誤差進(jìn)行修正?？刹捎眉訜釥t各個加熱區(qū)間溫度的間接測量方式來代替直接測量試樣表面溫度，并證實(shí)該方法能滿足上述偏差的要求。表2T;和T的允許偏差和試樣韌帶上溫度梯度單位為攝氏度試驗(yàn)溫度試樣韌帶上溫度梯度345士667.4.3加熱裝置均溫帶的校準(zhǔn)加熱裝置的均溫帶應(yīng)按照J(rèn)JG276進(jìn)行校準(zhǔn)。7.4.4溫度測量系統(tǒng)溫度顯示裝置的分辨力應(yīng)至少為0.5℃,測溫裝置的準(zhǔn)確度應(yīng)等于或優(yōu)于1℃。應(yīng)保證熱電偶的測量端能與試樣表面良好接觸，并應(yīng)做好熱輻射屏蔽。爐內(nèi)熱電偶的其余部分應(yīng)有熱防護(hù)和電絕緣措施。注：此條款不適用于間接測量裝置。7.4.5熱電偶和測溫系統(tǒng)的校準(zhǔn)熱電偶應(yīng)按照J(rèn)JG141或JJF1637進(jìn)行校準(zhǔn)。對于試驗(yàn)時間較短(通常不超過500h)的熱電偶應(yīng)至少每12個月校準(zhǔn)一次。對于試驗(yàn)時間超過12個月的貴金屬熱電偶宜按以下要求校準(zhǔn)：a)規(guī)定溫度不大于600℃的，每4年校準(zhǔn)一次；b)規(guī)定溫度大于600℃而不小于800℃的，每2年校準(zhǔn)一次；c)規(guī)定溫度大于800℃的，每1年校準(zhǔn)一次。如果試驗(yàn)時間超過校準(zhǔn)周期，應(yīng)在試驗(yàn)完成后立即校準(zhǔn)。溫度測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)溫度測量系統(tǒng)(包括補(bǔ)償導(dǎo)線、連接點(diǎn)、冷端、顯示器或記錄儀、數(shù)據(jù)線等)應(yīng)按照可以追溯至溫度國際單位的校準(zhǔn)方法進(jìn)行校準(zhǔn)。應(yīng)在相關(guān)溫度范圍內(nèi)對測溫儀表按照J(rèn)JG617進(jìn)行校準(zhǔn)，宜每年校準(zhǔn)一次。7.5位移測量裝置7.5.1試驗(yàn)過程中應(yīng)連續(xù)測量加載線位移或裂紋嘴張開位移，位移方向應(yīng)與加載方向一致?？刹捎酶鞣N形式的位移測試裝置，但應(yīng)確保引伸機(jī)構(gòu)不會引入試樣以外的其他變形。推薦的一種位移測量裝置見附錄E。7.5.2宜使用量程不超過測試期間預(yù)期位移量兩倍的位移引伸計(jì)。應(yīng)采用優(yōu)于1級精度的位移引伸計(jì)，應(yīng)按照GB/T12160進(jìn)行校準(zhǔn)，宜每年校準(zhǔn)一次。9GB/T42903—20237.5.3位移測量裝置的刀刃應(yīng)具有較低的摩擦系數(shù)。刀刃的平行度應(yīng)保持在士1°以內(nèi)。7.6裂紋長度測量系統(tǒng)宜使用測量分辨率不大于0.1mm的裂紋長度測量系統(tǒng)。選定的裂紋長度測量技術(shù)應(yīng)能夠測量整個厚度的平均裂紋尺寸。推薦的一種裂紋長度測量技術(shù)見附錄F。注：裂紋長度測量精度為一組重復(fù)測量結(jié)果平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。8.1一般要求8.1.1測試試樣應(yīng)預(yù)制裂紋，試樣類型包括：CT試樣、CST試樣、SENT試樣、SENB試樣、DENT試8.1.2CT試樣和其余推薦試樣的示意圖和尺寸見圖3。表3給出了8.1.1中各類型試樣的尺寸范圍。對于CT試樣，裂紋切口寬度可達(dá)0.1W。對于具有較短初始裂紋的試樣，宜采用0.05W的切口寬度。8.1.3蠕變裂紋擴(kuò)展用CT試樣的寬厚比W/B一般為2。蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展用CT試樣的寬厚比W/B一般為4。8.1.4蠕變裂紋擴(kuò)展試樣的初始裂紋尺寸a。應(yīng)為0.45W～0.55W。蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試樣的初始裂紋尺寸a。應(yīng)為0.25W～0.35W。8.2試樣尺寸試樣尺寸應(yīng)滿足6.2的要求。推薦的試樣尺寸見圖3和表3。CT試樣尺寸應(yīng)在圖4所示的加工公差范圍內(nèi)。8.3切口制備試樣切口可以通過電火花加工(EDM)、銑削、拉削或鋸切來制造。應(yīng)在測試之前通過疲勞預(yù)制裂紋或EDM等裂尖銳化方法加工至初始裂紋尺寸ao。8.4預(yù)制裂紋8.4.1疲勞預(yù)制裂紋是用于產(chǎn)生初始銳裂紋的方法。對于某些蠕變脆性材料，如金屬間化合物，由于直裂紋難以疲勞預(yù)制，可采用EDM加工獲取。以下列出了用于預(yù)制裂紋的兩種方法：a)EDM預(yù)制裂紋：EDM預(yù)制裂紋的寬度不應(yīng)超過0.1mm。應(yīng)采取預(yù)防措施，以避免局部過熱改變裂紋尖端附近材料的微觀結(jié)構(gòu)。EDM預(yù)制裂紋長度應(yīng)大于0.05W。b)疲勞預(yù)制裂紋：在室溫下或在室溫和試驗(yàn)溫度之間的任一溫度下，采用疲勞加載的方式預(yù)制銳裂紋，力值比R宜為0.1。預(yù)制裂紋最大疲勞載荷可用公式(2)估算： (2)8.4.2疲勞預(yù)制裂紋時，最終擴(kuò)展量0.64mm的最大載荷不應(yīng)大于以下兩者中的較小值：P;或應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍與楊氏模量的比值(△K/E)不大于0.0025mm1/2。疲勞載荷的準(zhǔn)確度應(yīng)在士5%以內(nèi)。8.4.3疲勞預(yù)制裂紋時，最終擴(kuò)展量0.5mm的最大載荷不應(yīng)超過裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)施加的載荷。8.4.4為了便于在低應(yīng)力下產(chǎn)生裂紋，可將缺口根部半徑加工至0.075mm。8.4.5不應(yīng)在預(yù)制裂紋后和試驗(yàn)之間對試樣進(jìn)行中間熱處理。8.4.6疲勞預(yù)制裂紋擴(kuò)展量應(yīng)大干0.05W及1.3mm中的較大值。a)CT試樣c)MT試樣e)SENT試樣b)CST試樣d)DENT試樣f)SENB試樣標(biāo)引序號說明：1——電流輸入；3——側(cè)槽。圖36種推薦試樣類型示意圖表3推薦試樣尺寸單位為毫米名稱縮寫全稱WBH,L,R?緊湊拉伸W/2～W/4H=0.6WC型拉伸W～W/2R?=2W單邊缺口拉伸W/2～W/4單邊缺口彎曲DENT雙邊缺口拉伸W～W/2MT中心缺口拉伸W～W/2單位為毫米8.5.1為滿足裂紋前沿?cái)U(kuò)展量的均勻性要求，通常在試樣上加工側(cè)槽，深度一般為0注：根據(jù)材料延性和裂紋擴(kuò)展前沿調(diào)整側(cè)槽深度，側(cè)槽深度宜通過試驗(yàn)確定。對于蠕變延性好的材料，側(cè)槽深度可8.5.2為產(chǎn)生較均勻的裂紋擴(kuò)展，側(cè)槽的夾角應(yīng)小于8.5.3應(yīng)在預(yù)制疲勞裂紋完成后加工側(cè)槽。9試驗(yàn)程序使用引伸計(jì)測量位移時，爐外空氣溫度的波動會產(chǎn)生測量誤差，讀取引伸計(jì)測量數(shù)值時，試驗(yàn)機(jī)環(huán)境溫度波動不應(yīng)超過±3℃。9.2試樣尺寸的測量9.2.1用最小分度值不大于0.01mm的量具在試樣的韌帶區(qū)域三點(diǎn)處測量厚度B,取算術(shù)平均值。9.2.2用最小分度值不大于0.001W的量具在試樣的裂紋所在截面附近測量寬度W。9.3試樣安裝通過銷釘使試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)上，施加約最大試驗(yàn)載荷10%的初載荷。9.4熱電偶安裝9.4.1熱電偶應(yīng)緊貼試樣安裝于裂紋面上方或下方2mm～5mm的韌帶區(qū)域。對于大于50mm的試樣，宜使用多個熱電偶，均勻地布置在裂紋面上方或下方的韌帶區(qū)域。9.4.2熱電偶應(yīng)與試樣保持密切接觸，必要時保護(hù)其免受輻射影響。如果暴露測點(diǎn)和遮蔽測點(diǎn)的顯示溫度差小于表2中允許偏差的一半時，可不做屏蔽。9.5電位法測量試樣的裂紋長度9.5.1對于以月或以年為周期的長時測試，宜考慮電位法系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？稍谶h(yuǎn)離裂紋的地方安裝參考電壓探針，觀測參考電壓的變化來確定電位法系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果發(fā)現(xiàn)參考電壓存在差異，可從主電壓信號中減去參考電壓變化量，以消除電位法系統(tǒng)的影響。9.5.2電位法測量CT試樣裂紋長度的具體建議見附錄F。注：僅驗(yàn)證了特定情況下CT試樣的電位法分析，不一定適用于每一種情況。9.6.1升溫過程中應(yīng)施加預(yù)載荷。9.6.2升溫和試驗(yàn)過程中溫度波動和溫度梯度不應(yīng)超過表2的規(guī)定。9.6.3根據(jù)試樣尺寸確定加熱時間及保溫時間。對于厚度不大于25mm的CT試樣，推薦加熱時間不長于2h,保溫時間不少于1h。9.6.4升溫開始時，電位系統(tǒng)的電流應(yīng)同時施加到試樣上。9.7加載9.7.1應(yīng)均勻施加載荷，避免沖擊和慣性過載。9.7.2施加載荷時應(yīng)監(jiān)控位移，以確保引伸計(jì)位置合適。9.7.3對于蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，加載時間應(yīng)控制在1min內(nèi)。9.7.4對于蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，加載及卸載時間應(yīng)盡可能短，以避免加載及卸載過程引入蠕變的影響。加載及卸載時間宜控制在2s內(nèi)。9.8試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄9.8.1在試驗(yàn)過程中測量記錄試驗(yàn)時間、循環(huán)周次、試驗(yàn)溫度、載荷、裂紋長度、加載線位移或裂紋嘴張開位移。9.8.2蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采樣周期一般不短于15min,當(dāng)試樣接近斷裂時，采樣周期宜加快到1min～3min。蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展采樣周期根據(jù)加載波形確定，應(yīng)完整記錄每個循環(huán)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)。9.8.3采用直流電位技術(shù)測量裂紋長度時，應(yīng)每24h內(nèi)測量一次無電流的電位。9.9試驗(yàn)后的裂紋測量9.9.1試驗(yàn)后應(yīng)將試樣打斷，進(jìn)行斷口檢查測定初始裂紋長度a。及最終裂紋長度ar。注：宜在室溫下采用循環(huán)加載破斷試樣。對于鐵素體鋼可冷卻到韌脆轉(zhuǎn)變溫度以下拉斷。9.9.2為便于精確測量最終裂紋長度，應(yīng)在試樣斷裂前結(jié)束試驗(yàn)。從試樣表面或側(cè)槽試樣側(cè)槽根部向內(nèi)延伸0.005W,在試樣有效厚度中心線9個相同距離測量裂紋長度，依次記為a?~ag。測量儀器應(yīng)具GB/T42903—2023有0.025mm的準(zhǔn)確度。最終裂紋長度按公式(3)計(jì)算。本方法同樣適用于確定初始裂紋長度?！?3)10試驗(yàn)結(jié)果處理10.1有效性10.1.1當(dāng)采用間接方式測量裂紋擴(kuò)展時，所獲得的裂紋長度均為預(yù)測值。按公式(4)計(jì)算得到最終裂紋擴(kuò)展量預(yù)測值△apt。應(yīng)根據(jù)裂紋擴(kuò)展量預(yù)測值是否滿足公式(5)來判定試驗(yàn)結(jié)果的有效性?！鱝pf=apí—ao (4) (5)10.1.2以下情況視為試驗(yàn)無效：a)九點(diǎn)法測得的初始裂紋長度測量值的任一個比a?大10%;b)九點(diǎn)法測得的最終裂紋長度測量值的任一個比a;大10%;c)試驗(yàn)過程中溫度偏差超過表2規(guī)定的限值，且裂紋擴(kuò)展量達(dá)到0.5mm。10.2確定裂紋起裂時間、裂紋擴(kuò)展速率和位移速率10.2.1從記錄的裂紋擴(kuò)展長度、位移與時間數(shù)據(jù)中，按下述規(guī)格選取數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析：a)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的最小位移增量應(yīng)不大于引伸計(jì)滿量程的0.1%;b)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的裂紋長度增量宜為0.25mm,不大于0.02W。10.2.2繪制裂紋擴(kuò)展量與時間的數(shù)據(jù)點(diǎn)，擬合成曲線，找到裂紋擴(kuò)展0.2mm對應(yīng)的時間，即為裂紋起裂時間。10.2.3蠕變裂紋及蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率根據(jù)裂紋長度與時間(a-t)或裂紋長度與循環(huán)周次(a-N)數(shù)據(jù)確定，蠕變位移速率根據(jù)位移與時間(δ-t)數(shù)據(jù)確定。蠕變位移速率的計(jì)算方法見附錄G。宜采用割線法或遞增多項(xiàng)式擬合獲得蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率和位移速率，數(shù)據(jù)處理方法見附錄H。10.3計(jì)算斷裂參量斷裂參量K和C應(yīng)按附錄A計(jì)算；保載過程中的(C)ag應(yīng)按附錄B計(jì)算。10.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性的判定試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足下列有效性判據(jù)，對不滿足有效性判據(jù)的數(shù)據(jù)應(yīng)作出標(biāo)記。a)對于蠕變裂紋擴(kuò)展，時間未超過轉(zhuǎn)變時間tr的數(shù)據(jù)是無效的，轉(zhuǎn)變時間tr按公式(6)確定。b)對于蠕變裂紋擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展0.2mm以前的數(shù)據(jù)是無效的。c)為保證蠕變裂紋擴(kuò)展速率和C*唯一相關(guān)，數(shù)據(jù)應(yīng)滿足δ。/δ≥C的要求。C在0.5～0.8之間。當(dāng)數(shù)據(jù)滿足δ。/δ≥0.8,是有效的；在0.5≤δ./δ<0.8之間的數(shù)據(jù)，如果da/dt-C*數(shù)據(jù)趨勢可分辨，且與有效數(shù)據(jù)趨向一致，可認(rèn)為是有效的。d)如果試驗(yàn)過程中材料外側(cè)的裂紋和原始裂紋擴(kuò)展平面的裂紋取向偏差在5°以上，試驗(yàn)數(shù)據(jù)無效。e)加載線位移或裂紋嘴張開位移累積超過0.05W,試驗(yàn)數(shù)據(jù)無效。按GB/T8170進(jìn)行數(shù)值的修約，修約到4位有效數(shù)字。11試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容：d)取樣方位，從結(jié)構(gòu)件取樣時應(yīng)給出取樣圖；h)異常數(shù)據(jù)現(xiàn)象的說明。GB/T42903—2023(規(guī)范性)斷裂力學(xué)參量計(jì)算方法A.1試樣斷裂力學(xué)參數(shù)A.1.1本附錄詳細(xì)列出了圖3中各類型試樣的斷裂力學(xué)參數(shù)(K,C*)計(jì)算方法。A.1.2斷裂力學(xué)參數(shù)C*是用于關(guān)聯(lián)蠕變裂紋擴(kuò)展速率最常用的參量。應(yīng)力強(qiáng)度因子K用于蠕變變形和活化能低的情況。A.1.3對于蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展，常用的斷裂力學(xué)參量是△K及(C)ag?！鱇適用于蠕變脆性材料，(C)ag適用于蠕變延性材料。A.2應(yīng)力強(qiáng)度因子K的解A.2.1給出了適合圖3所示各類型試樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子解。本計(jì)算方法亦適用于求解應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍。A.2.2通用的應(yīng)力強(qiáng)度因子解見公式(A.1)。K=Ya/wgVa……………(A.1)A.2.3側(cè)槽試樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子解見公式(A.2)。A.2.4不同類型試樣的Y(a/w)因子按公式(A.3)～公式(A.10)計(jì)算?！狢T試樣：f(a/W)=0.886+4.64(a/W)-13.32(a/W)2+14.72(a/W)3-5.6(a/W)?……(A.4)——SENB試樣(跨距=4W,L/W=2):——DENT試樣(寬度W應(yīng)由2W替代):GB/T42903—2023A.2.5不同類型試樣的遠(yuǎn)場應(yīng)力σ按照公式(A.11)～公式(A.13)計(jì)算?！狣ENT試樣和MT試樣：…………(A.11)…………(A.12)……………(A.13)A.3C*的解A.3.1參數(shù)C*有多種計(jì)算方法。宜按公式(A.14)或公式(A.15)計(jì)算C*值?！?A.15)注：測量加載線位移(δLD)或裂紋張開嘴位移(δCMOD)的方法見圖3。表A.1不同類型試樣的H因子解試樣類型HICMOEHLDn/(n+1)n/(n+1)CSTSENTSENBDENT0.5(n-1)/(n+1)0.5(n-1)/(n+1)MTGB/T42903—2023(規(guī)范性)蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率描述模型B.1概述蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率表示為疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN和保載時的平均裂紋擴(kuò)展速率(da/dt)awg,da/dN和(da/dt)avg分別是應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K和平均斷裂參量(C)ag的函數(shù)。B.2應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K為測試時最高載荷與最低載荷對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子差，按附錄A計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子。B.3保載過程中的(C?)awgB.3.1對于蠕變延性材料，(C)g可以有效的描述蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率與保載時間th的關(guān)系。平均裂紋擴(kuò)展速率(da/dt)avg表示為(C)avg的函數(shù)。(C)a的計(jì)算方法見公式(B.1)?！?B.1)B.3.2若能準(zhǔn)確測量保載時的位移變化量，可通過載荷和加載線位移計(jì)算(C?)ag,見公式(B.2)和公式B.3.3若不能準(zhǔn)確測量保載時的位移變化量，可以用公式(B.4)～公式(B.7)估算(C)ag。(C)avg=(C)ssc+C(o……(B.4)……………(B.7)表B.1不同冪率蠕變指數(shù)下的F(90°,n)值734Fu(90°,n)0.2760.3620.425123571B.4裂紋擴(kuò)展速率計(jì)算模型蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率通常采用線性疊加模型描述，按公式(B.9)及公式(B.10)計(jì)算。是保載時的裂紋擴(kuò)展速率。在假設(shè)兩者獨(dú)立的情況下，(da/dN)y可以由同等溫度下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)獲得。(規(guī)范性)焊接接頭試樣的斷裂力學(xué)參量計(jì)算方法C.1若需要測試得到焊接接頭焊縫或熱影響區(qū)的裂紋擴(kuò)展速率，宜參考圖C.1加工試樣。C.2研究表明，試料的焊后熱處理、原材料切割和試樣加工、試驗(yàn)時的蠕變松弛等均會迅速降低二次應(yīng)力，對于小于5000h的試驗(yàn)，通常認(rèn)為外載荷是裂紋擴(kuò)展的主要驅(qū)動力，可不考慮殘余應(yīng)力的影響。限值。a)裂紋位于熱影響區(qū)b)裂紋位于焊縫標(biāo)引序號說明：1——焊接區(qū)域；2——熱影響區(qū)；3——基體區(qū)域。圖C.1焊接接頭試樣示意圖試樣類型η^MOD和ηuD裂紋長度適用范圍p1LD=2.71-0.38M±0.200.45≤a/W≤0.7CSTnMoD=4.27-0.49M±0.38p1LD=2.50-0.29M±0.120.3≤a/W≤0.70.3≤a/W≤0.7SENTηMoD=1.13-0.13M±0.090.1≤a/W≤0.70.5≤a/W≤0.7SENBη^MOD=0.79-0.08M±0.12p1LD=2.21-0.25M±0.140.2≤a/W≤0.70.4≤a/W≤0.7DENTnMoD=1.05-0.24M±0.16pD=1.06-0.34M±0.180.3≤a/W≤0.70.5≤a/W≤0.7MTη^MOD=1.29-0.26M±0.14η1LD=1.35-0.38M±0.150.2≤a/W≤0.70.2≤a/W≤0.7(資料性)蠕變-疲勞小裂紋擴(kuò)展速率測試方法D.1范圍本附錄中給出了小裂紋試樣形狀與尺寸、裂紋長度測定方法和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。在同樣的應(yīng)力強(qiáng)度因子下，小裂紋的擴(kuò)展速率要高于長裂紋，并且在小于長裂紋擴(kuò)展門檻值的情況下小裂紋會擴(kuò)展。工程上常常會把裂紋長度小于0.5mm的裂紋稱之為小裂紋。按照小裂紋遵循的力學(xué)規(guī)律，可將裂紋做如下分類。a)微觀結(jié)構(gòu)小裂紋。這類小裂紋的尺寸與材料的微觀特征尺寸相當(dāng)，如晶粒尺寸、第二相尺寸等。這個階段的裂紋，不滿足連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的假設(shè)，其擴(kuò)展受到微觀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈影響。b)力學(xué)小裂紋。這類小裂紋的尺寸與裂紋尖端塑性區(qū)的尺寸相當(dāng)，因此這個階段的裂紋擴(kuò)展行為主要受塑性區(qū)的影響，且線彈性斷裂力學(xué)的方法不適用。c)物理小裂紋。在這個階段，塑性區(qū)尺寸和微觀結(jié)構(gòu)都遠(yuǎn)小于裂紋的尺寸，因此微觀結(jié)構(gòu)和裂紋塑性區(qū)對物理小裂紋擴(kuò)展的影響不大。它滿足小范圍屈服的基本假設(shè)，滿足修正的線彈性斷裂力學(xué)方法。d)長裂紋。這里的長裂紋指的是宏觀長裂紋，工程上一般指長度大于0.5mm的裂紋。D.2小裂紋長度測量方法本附錄推薦了三種裂紋長度測量方法，根據(jù)具體情況，優(yōu)選一種。a)復(fù)型法：在一定循環(huán)間隔下終止循環(huán)載荷，加一靜力(不大于最大試驗(yàn)力的80%),用丙酮清洗試樣表面，滴適量丙酮后將醋酸纖維素薄膜輕輕壓在試樣表面，待干燥取下復(fù)型。在顯微鏡下觀察復(fù)型并測量裂紋長度，記下小裂紋長度與相應(yīng)的循環(huán)數(shù)。如發(fā)現(xiàn)氣泡和其他夾雜物使復(fù)型不清晰，應(yīng)重新復(fù)型。宜保證單次試驗(yàn)中至少有25個～30個復(fù)型。b)直流電位法：建議使用能提供10A～50A的電流源，干擾信號小于0.05%的長時穩(wěn)定電流。電位計(jì)能測出初始200μV中0.2μV的變化。增益為101時，要求從2V～6V測量范圍內(nèi)，能測出2mV的變化。裂紋長度計(jì)算方法見附錄F。c)長焦距顯微鏡法：同室溫下用讀數(shù)顯微鏡觀察長裂紋一樣，將長焦距顯微鏡鏡頭對準(zhǔn)要測的小裂紋擴(kuò)展區(qū)域，并配備處理圖像、數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。D.3試樣D.3.1試樣尺寸和形狀在試樣上加工一小尺寸切口誘導(dǎo)裂紋萌生，切口可用電火花或薄砂輪制備。預(yù)制裂紋長度應(yīng)不小于2倍切口尖端半徑。推薦的小裂紋試樣如圖D.1和圖D.2所示。圖D.1為半橢圓表面裂紋試樣，該形狀有利于避免形成角裂紋和適用于大應(yīng)力范圍。圖D.2為半圓缺口拉伸試樣，其優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生自然萌生的裂紋。標(biāo)引序號說明：1——試樣編號。標(biāo)引序號說明：1——試樣編號。單位為毫米單位為毫米D.3.2試樣表面處理應(yīng)在試驗(yàn)前采取手段消除機(jī)加工引起的表面殘余應(yīng)力和表面粗糙度對裂紋擴(kuò)展行為的影響。機(jī)加拋光后去除殘余應(yīng)力。D.3.3小裂紋的預(yù)制D.3.3.1對于半橢圓表面裂紋試樣(見圖D.1),可用電火花預(yù)制0.5mm長、0.05mm深的半橢圓表面D.3.3.2對于半圓缺口拉伸試樣(見圖D.2),可用電火花在半圓底部預(yù)制0.5mm長、0.05mm深的表需要預(yù)制裂紋。D.3.4最大力值和力值比對于許多材料，試驗(yàn)時的最大名義應(yīng)力取為0.6倍屈服強(qiáng)度，可在相對較短時間內(nèi)產(chǎn)生疲勞小裂紋。當(dāng)最大名義應(yīng)力接近屈服強(qiáng)度時，易萌生多條裂紋。分析時需考慮塑性變形、力值比對小裂紋起裂除了測量表面裂紋的長度(2a)外，計(jì)算裂紋的驅(qū)動力時，還應(yīng)計(jì)入裂紋形狀的影響。通常，假設(shè)裂紋為半橢圓表面裂紋。實(shí)際的裂紋深度數(shù)據(jù)可通過測量不同試驗(yàn)階段的中斷試樣斷口得到。D.4試驗(yàn)結(jié)果處理D.4.1應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K的計(jì)算D.4.1.1小裂紋測試中假設(shè)裂紋為半橢圓形，應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍按公式(D.1)計(jì)算。△K=F;△o;√πa/Q……………(D.1)△o;——遠(yuǎn)場應(yīng)力范圍；Q——形狀因子；F;——邊界修正因子。D.4.1.2對于半橢圓表面小裂紋，受均勻拉伸應(yīng)力的試樣(見圖D.1與圖D.3),其應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的計(jì)算見有關(guān)參考文獻(xiàn)。D.4.1.3對于半圓缺口小裂紋，受均勻拉伸應(yīng)力的試樣(見圖D.2與圖D.4),其應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的計(jì)算見有關(guān)參考文獻(xiàn)。a)半橢圓表面裂紋幾何圖形b)參量角θ的定義圖D.3半橢圓表面裂紋幾何圖形以及參量角θ的定義a)表面裂紋b)角裂紋c)參量角φ的定義圖D.4試樣尺寸、表面裂紋和角裂紋幾何圖形以及參量角φ的定義D.4.2裂紋擴(kuò)展速率的計(jì)算測量誤差使裂紋擴(kuò)展速率(da/dN)的計(jì)算結(jié)果分散。如果裂紋長度測量間隔△a減小，則測量誤差對da/dN的影響增大；不同的數(shù)據(jù)處理方法也影響裂紋擴(kuò)展速率的分散度。在小裂紋da/dN處理D.5蠕變-疲勞小裂紋擴(kuò)展速率的典型圖例采用本附錄，測試獲得了兩種金屬材料在不同溫度下的蠕變-疲勞小裂紋擴(kuò)展速率。測試試樣如圖D.3。圖D.5是304不銹鋼在593℃下5min保載的蠕變-疲勞小裂紋擴(kuò)展速率圖，圖D.6是GH4169合金在650℃下不同保載時間的蠕變-疲勞小裂紋擴(kuò)展速率圖。應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍△K/(MPam1/2;應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍AK/(MPaml(資料性)位移測量裝置計(jì)算C*(C?或C)或(C?)斷裂參量時需要載荷線位移或裂紋嘴張開位移。本附錄推薦了一種位移測量裝置，如圖E.1所示。位移裝置和試樣連接如圖E.2所示。標(biāo)引序號說明：1——刀刃；2——桿；3——管；4——連接位移裝置；5——氮化硼支撐；6——彈簧；7——安裝螺釘。GB/T42903—2023標(biāo)引序號說明：1——爐子；2——墊片；3——彈簧；4——變形傳感器；5——拉桿；圖E.2位移裝置和試樣連接示意圖(資料性)直流電位法測定裂紋長度F.1所有試樣的電壓與裂紋尺寸的關(guān)系初始和最終電壓分別對應(yīng)于初始和最終裂紋長度。對于中間點(diǎn)，任一時刻的裂紋長度a可以通過測量的初始裂紋長度a。和最終裂紋長度a;以及對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值獲得，按公式(F.1)計(jì)算。F.2適用于CT試樣的電壓與裂紋尺寸換算關(guān)系F.2.1CT試樣輸入電流和電壓測點(diǎn)位置見圖3?？梢杂蓽y量的V/V。值計(jì)算裂紋長度，計(jì)算方法見公式(F.2)。F.2.2如果試驗(yàn)滿足10.1有效性要求，可通過線性插值法對a。和ar之間的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，計(jì)算方法見公式(F.3)。F.2.3直流熱電勢的測量。試樣上電壓測點(diǎn)的連接性能、輸出端引線電阻的微小差異均會引入熱電勢，導(dǎo)致電壓信號測量誤差。加載前，應(yīng)切斷電流記錄輸出電壓以獲得初始熱電勢。測試過程中，應(yīng)采用同樣的方法間斷地記錄熱電勢。在計(jì)算裂紋長度時，所用代入的電壓值應(yīng)去除熱電勢值。注：GB/T6398中的裂紋長度的電位法測定也適用于蠕變裂紋及蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展的測量。F.2.4在某些情況下，測試開始后的一段時間內(nèi)電壓讀數(shù)可能下降，之后隨著裂紋擴(kuò)展而增加。初始加載條件、裂紋尖端區(qū)域變形和損傷以及裂紋尖端氧化會影響電壓下降程度。此時，可將試驗(yàn)過程中電壓的最小值外推回到零時刻用于計(jì)算裂紋長度。這種情況下，試驗(yàn)初始的一段時間內(nèi)，裂紋長度的分散性可能會增加。GB/T42903—2023(資料性)蠕變位移速率的計(jì)算方法假設(shè)亞臨界蠕變裂紋擴(kuò)展屬于靜態(tài)裂紋，此時靜態(tài)裂紋的J積分解仍適用。此外，試樣受載后，塑性變形會加速裂紋尖端的應(yīng)力松弛、裂尖損傷和裂紋擴(kuò)展。因此，對于存在顯著塑性變形的情況，需要計(jì)算得到蠕變引起的位移速率用于確定蠕變斷裂參量。蠕變位移速率計(jì)算方法見公式(G.1)?！?G.1)式中：m為公式εp=D?(o/oy)”(Ramberg-OsgoodJ,計(jì)算方法見公式(G.2)。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系)中的應(yīng)力指數(shù)，D?為常數(shù)。GB/T42903—2023(資料性)推薦的數(shù)據(jù)處理方法H.1割線法割線法是指在裂紋長度與時間(a—t)曲線和位移與時間(δ-t)曲線上連接兩個相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算其直線斜率，計(jì)算方法見公式(H.1)及公式(H.2)?！?H.1)…(H.2)由于計(jì)算出的da/dt和dò/dt是裂紋擴(kuò)展量(a;+i-ai)的平均速率，應(yīng)使用平均裂紋長度a=H.2遞增多項(xiàng)式法將a-t和δ—t數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)擬合后求導(dǎo)計(jì)算得到da/dt和dò/dt。對任一試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)前后各n點(diǎn)，共(2n+1)個連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)，采用公式(H.3)及公式(H.4)進(jìn)行擬合。點(diǎn)數(shù)n通常取為3?！?H.3)…(H.4)其中，a;和δ;值分別為t;處裂紋長度和位移速率的擬合值。系數(shù)bo,bu,b??,bo?,b??,b??為回歸參數(shù)，采用最小二乘法確定。(t;-C?)/C?的數(shù)值介于一1～1之間。參數(shù)C?=0.5(t;-n+t;+n)和C?=0.5(t;-n-t;+n)用于變換輸入數(shù)據(jù)，以避免確定回歸參數(shù)時的數(shù)值計(jì)算難度。t;處裂紋擴(kuò)展速率和位移速率由公式(H.3)和公式(H.4)對時間求導(dǎo)獲得，計(jì)算方法見公式(H.5)及公式(H.6)?！?H.6)計(jì)算與上述速率相關(guān)的K、J、C*和C.值時應(yīng)采用與t;對應(yīng)的擬合裂紋長度a;。[1]GB/T6398—2017金屬材料疲勞試驗(yàn)疲勞裂紋擴(kuò)展方法[2]丁傳富，劉建中，胡本潤，吳學(xué)仁.金屬材料疲勞小裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法[C].全國MTS材料試驗(yàn)學(xué)術(shù)會議，2001.[3]BassaniJL,HawkDE,SaxenaA.EvaluationoftheCtparameterforcharacte