GB/T24522—2020/ISO22889:2013

图2直通型缺口紧凑拉伸试样的尺寸比例和公

管道标准规范范本GB/T24522—2020/ISO22889:2013

注1：起始引发缺口和疲劳裂纹的形状见图4和5.2.2.4。 注2:W≥8B，W≥150mm 注3:0.25≤a/W≤0.5。 注4：L/W>1.5。 “夹持区域

5.2.2.1材料状态

图3中心裂纹拉伸试样示意图

试样应从经过最终热处理并经过机加工的坏料中取样加工而成。某些例外情况下材料不能在最终 伏态下加工，如果试样的尺寸、公差、形状、表面粗糙度均可得到满足，最终热处理可以在加工试样后进 行。机加工后试样尺寸明显地不同于加工前坏料尺寸时，应考虑尺寸效应对热处理显微结构和力学性 能的影响

5.2.2.2裂纹面取向

裂纹面取向应在机加上前予以确定，按照1SO3785的规定进行标识并记录，附录A的表A.1中的 试验报告示例含有这些信息， 注：裂纹扩展阻力取决于裂纹所在平面和裂纹扩展的方向，与机械加工、晶粒流动和其他形式的各向异性的主方向 相关。

试样缺口轮廓不应超过图4所示的包迹线。加工缺口根部半径不应大于0.10mm，且最大允许 宽度为W/30。锯切、圆盘磨削或电火花加工缺口宽度不应超过0.15mm，见图4中的脚注c。

5.2.2.4疲劳预制裂纹

5.2.2.4.1通则

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纹和测试之间的中间热处理旨在用于模拟特殊结构应用条件时才可采用，并且这种偏离推荐规范的情 兄需予以报告。 5.2.2.4.1.2疲劳预制裂纹任意阶段的最大力值应精确到士2.5%。 5.2.2.4.1.3试样厚度B和宽度W按照5.3.1测量后应予以记录，并按照5.2.2.4.3和5.2.2.4.4规定确 定最大疲劳预制裂纹载荷F。 5.2.2.4.1.4除为加速引发裂纹可先施加一周或几周应力比为一1的疲劳载荷外，在预制疲劳期间的应 力比应在0~0.1之间

5.2.2.4.2设备和夹具

应仔细安装疲劳预制裂纹用夹具，确保力沿试样厚度B面均勾分布，并且对称于预期裂纹面。

皮劳预制裂纹用夹具，确保力沿试样厚度B面均匀分布，并且对称于预期裂纹面。

5.2.2.4.3紧凑拉伸试样

对于紧凑拉伸试样，在疲劳预制裂纹到最终1.3mm或0.4N期间的最大载荷不应大于F， 见式（1）：

Ff=SE BW g.(a./w)

(a./W)= a 2 + a 0.886 + 4.64 4 13.32 +14.72 ao W 5.6 ap w W W W (W ....(

5.2.2.4.4中心裂纹拉伸试样

对于中心裂纹拉伸试样，在疲劳预制裂纹到最终1.3mm或0.4N期间的最大载荷不应大于F

5.3.1试验前的测量

F=EB(2W) Taosec a (2W)

5.3.1.1试样尺寸应符合图2和图3中的规定。厚度B和宽度W的测量应精确到0.02mm或 土0.2%,取其大者。 5.3.1.2试验前，应沿裂纹扩展路径至少三个等间距位置测量试样厚度B，取其平均值作为B。 5.3.1.3中心裂纹拉伸试样在裂纹面士0.1W的区域内至少三个等间距位置测量试样宽度W，取其平 均值作为W。 5.3.1.4紧凑拉伸试样宽度W应以加载孔中心连线为基准进行测量。通常地，先建立加载孔中心连

然后在裂纹面上测量到裂尖前方试样边缘距离作为W，至少在三个尽可能紧靠裂纹面沿厚度方

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等间距位置进行测量。同时应在相同位置测量尺寸1.25W（裂尖前、后方试样边缘之间的距离）

5.3.2裂纹前缘形态和长度的要求

疲劳裂纹应从试样机加工缺口的根部预制，其长度要求为： 对于紧凑拉伸试样（见图2），a。/W应在0.40～0.70之间； 一对于中心裂纹拉伸试样（见图3），a。/W应在0.25～0.50之间。 疲劳裂纹扩展量应至少为1.3mm或2.5%W，取其大者。缺口和疲劳裂纹应在图4所示包迹 线内。

机械加工切口长度&m 疲劳预制裂纹。 电火花或者机加工缺口。 紧凑拉伸试样的加载线或中心裂纹试样中心线

图4疲劳裂纹包迹线和初始缺口

所有测量仪器均应通过不间断 同接溯源到有资质的校准实验室。

用于测量的引伸计的输出应准确显示跨过疲劳预制裂纹尖端两侧相距5mm精确定位点的相 对位移。引伸计（或其他合适的传感器）和试样的设计应允许引伸计和试样之间的接触点自由旋转。裂 文嘴张开位移引伸计应按照ISO9513进行校准，且不应低于1级。在使用期间应至少每周核查。引伸 十应在测试温士5℃进行校验。位移量在0.3mm以内应精确到土0.003mm，在0.3mm之上应精确到 实际读数的士1%。 注1：确定的方法和流程在附录B中给出 注2：裂纹嘴张开位移对于确定；和亚。并不是必需的，但是载荷一裂纹嘴张开位移曲线的记录可以适用于评估本 方法的有限元分析或其他断裂分析方法。经证明的引伸计设计实例在附录B中给出，类似引伸计已商品化 注3：根据使用频度和双方约定，可能频繁校准引伸计

为减小摩擦，紧凑拉伸试样应采用U型夹具和销钉加载。确保在拉伸承载条件下对中性良好。用 于阻力曲线测定的U型夹具应设计成平底孔（见图5），以保证销钉在整个试验过程中自由滚动。圆底 孔（见图6）不能用于卸载柔度法测试单个试样。夹具承载面硬度应大于40HRC（400HV)或者屈服强 度至少1000MPa。中心裂纹拉伸试样应采用液压夹持或者靠摩擦传力的螺栓夹具加载。宜避免螺栓 承载，以减小不均匀加载。安装方式应确保试样对中，使承受面内和面外弯曲最小。所有试样应安装防 出曲导板，如图7所示。抗屈曲的导板应覆盖试样的大部分。仅沿裂纹面进行支撑已被证实不能有效 预防薄板材料在夹持线与裂纹面之间产生弯曲。对于小的中心裂纹拉伸试样（W<600mm），采用平板 就足够了，但是对于W超过600mm的中心裂纹拉伸试样，需要采用平板和工字梁如图7a)所示。适合 紧凑拉伸试样的抗屈曲设计如图7b）所示

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单位为毫米 表面粗糙度（Ra）单位为微米

注1： 注2：为便于安装引伸计可以将U型夹具的角去掉 注3：U型钩和加载销钉的硬度≥40HRC。 加载平面。 对于大位移量的试样.I型来具销钉孔的直径应

单位为毫米 表面粗糙度(Ra）单位为微米

凑拉伸试样的大尺寸圆形加载销孔U型夹具的

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图7抗屈曲装置示意图

推荐抗屈曲导板安装到试样两侧，覆盖预期裂纹扩展路径的长度为初始裂纹长度的四倍。试样 屈曲导板之间的配合面使用惰性润滑剂（PTFE），以减少摩擦力。在一块抗屈曲导板上开通孔，以 装测量，的引伸计，或者用于电位法的导线敷设

5.5.1紧漆拉伸试验

5.5.1.1试样和夹具安装

5.5. 1.2裂纹张开位移 8!

裂纹张开位移，的测量方法参照附录B执行。

5.5.1.3裂纹尖端张开角平

5.5.2中心裂纹拉伸试验

5.5.2.1试样和夹具安装

5.5.2.2裂纹尖端张开位移8.

裂纹尖端张开位移，的测量参照附录B：

文尖端张开位移，的测量参照附录B进行。

5.5.2.3裂纹尖端张开角亚

裂纹尖端张开角亚的测量或者计算可参照附录C进行。测试报告样例见表A.4

裂纹尖端张开角业的测量或者计算可参照附录C进行。测试报告样例见表A.4

5.5.3试样试验温度

应以土2℃的准确度控制试样的试验温度。为此应在试样表面裂纹尖端5mm区域内贴放热电偶 或者铂电阻温度计。当预期裂纹扩展量较大时，还应沿预期路径贴放附加的温度传感器（热电偶或温度 计），以确保特定的试验温度。试验应在合适的低温/高温介质中进行。测试开始前，试样表面温度达到 试验温度后还需根据试样厚度进行保温，在液态介质中不低于30s/mm，在气体介质中不低于 60s/mm，且保温时间不低于15min。测试试样的温度在整个试验过程中应保持在规定试验温度 土2℃范围内，并按照第7章的要求予以记录，

应记录载荷和对应的位移输出。 注：对应的位移是（旨在测定。阻力曲线)或裂纹嘴张开位移CMOD(并不是必需的，但是有益于补充性的评 估）。

试验应采用裂纹嘴张开/加载线/横梁位移控制。在线弹性加载阶段加载线位移速率对应的应力

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确定紧凑拉伸试样断裂韧度 D中给出，测定，阻力曲线的方法在 第6章给出（见图1）

试验完毕后打开试样，在断面上确定初始裂纹长度a。和最终稳态裂纹扩展量△af。某些试验在打 开试样前需要标记稳态裂纹扩展区，可以采用热着色或试验后二次疲劳方法。应注意尽量减小试验后 试样的变形。对于铁素体钢冷脆化处理有助于减小变形

5.6.1初始裂纹长度al

5.6.1.1紧凑拉伸试样

应使用精确度不低于土0.1%或0.025mm（取其大者）的测量仪器从销钉孔中心线到疲劳裂纹白 则量初始裂纹长度a。测量在试样厚度面5个位置点进行。a。值是通过先对距离两侧表面0.0 的两个位置（见图8）测量结果取平均值，再和内部等间距三点的测量长度取平均值得到的，见式（6

5.6.1.2中心裂纹拉伸试样

初始裂纹长度&。的测量值，是两个疲劳裂纹尖端总长度的一半，测量仪器的精确度不应低 .1%或0.025mm（取其大者）。测量是在试样厚度面5个位置点进行的。α。值是通过先对距离两 面0.01B内的两个位置（见图9)测量结果取平均值，再和内部等间距三点的测量长度取平均值，然 洁果除以2得到的.见式（7）

注：对于两种试样厚度B小于5mm时，可采用三点平均法。a。值是通过先对两侧表面位置处测量长度a和 取平均值，再和平面中心处测量长度α03取平均值得到的： 2 = 0.5L(αa1 + &5) /2 + α os]

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3紧凑拉伸试样裂纹长

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图9中心裂纹拉伸试样裂纹长度的测量

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初始裂纹长度。应满足下列要求： a）对于紧凑拉伸试样，a。/W应在0.40～0.70之间；对于中心裂纹拉伸试样，a。/W应在0.25~ 0.50之间； b 采用五点平均法计算&。时，试样中心三点中任一点的裂纹长度与五点平均值之差不应超过 0.1a; 采用三点平均法计算α。时，试样中心点的裂纹长度与三点平均值之差不应超过0.1a。； 疲劳预制裂纹前缘距离缺口前缘不应低于1.3mm或0.013W中的大者； e）疲劳预制裂纹应在图4所示的包迹线之内。 如果上述要求不能满足，根据本试验方法试验结果判定无效

5.6.2稳态裂纹扩展Ag

总的最终裂纹扩展量（包括任何的裂纹尖端钝化区）△af，应借助测量精确度士0.025mm的仪器按 照5.6.1描述的平均值方法测量初始和最终裂纹长度。在厚度方向上的测量位置应根据最终裂纹尖端 立置的收缩厚度确定。对于中心裂纹拉伸试样，裂纹扩展量△由裂纹两端前缘测量的裂纹扩展量平 均值给出。诸如星状和孤立的岛状等不规则形状的裂纹扩展，应按照第7章的要求在报告中注明。 注1：忽略星状扩展区域或人为地平均裂纹扩展区域对于估算不规则裂纹扩展长度可能是唯一可行的办法。由高 度不规则裂纹得到的试验结果应用于断裂分析时宜谨慎。在试验报告中注明裂纹的不规则性和提供附加的 照片都是很有用的。所有的试验前和试验后的测量都需记录并按第6章进行计算。 注2：对于厚度B小于5mm的试样，建议使用5.6.1.2所述三点平均法

5.6.3裂纹扩展路径

在稳态裂纹扩展时裂纹面也会偏离原始疲劳预制裂纹面（垂直于外加载荷的平面）。典型的情况是 试样表面出现剪切面。当剪切面保持与原始疲劳预制裂纹面同一斜向时，称之为单剪切模式。当剪切 面斜向发生变化，在横截面上形成屋顶状，即断裂的两面形成V型坡口，称之为双剪切模式。剪切面通 常倾斜30°45°

5.6.3.1裂纹扩展阻力

对于斜面断裂，呈现双剪切模式的裂纹扩展阻力通常高于单剪切模式。双剪切模式的试验结果 正材料性能是无效的

5.6.3.2裂纹扩展路径偏离

当初始平直疲劳预制裂纹面与偏离的扩展 裂纹面夹角α超过10时，试验结果无效。

222020/1SO22889.20

按照5.5和5.6对试样加载和评估裂纹扩展量

5.2.2.1单试样法是利用电势法、弹性柔度法或其他技术通过单一试样的试验得到阻力曲线上的多个 点的方法。ISO12135：2002描述了单试样法。 6.2.2.2当△a≤0.2(W一a。)时，利用直接法（如弹性柔度法）估计的最终裂纹扩展量△af与测量的裂 扩展量之差应不超过后者的15%或0.15mm，取其天者；当△a>0.2（w一α。）时，这一差值应在 0.03(W一α。）以内。对需要预估初始裂纹长度α。的测试技术，如采用卸载柔度法，a。的估计值应在试 验后测量&。值士2%以内。 6.2.2.3间接测量技术（如电势法)应将第一个试样用于建立试验输出与裂纹扩展量之间的关系，裂纹 扩展量应超过6.4中定义的△amx。至少应进行一次附加试验从而运用第一次建立的关系估算裂纹扩 展量。估计值与实际△α测量值之差应不超过后者的15%或0.15mm，取其大者；否则试验结果无效。

电力弱电设计、计算6.2.3最终裂纹前缘的平直度

最终裂纹长度定义为按照5.6.1和5.6.2描述的五点平均值法测定的初始裂纹长度加上稳态裂 展量。采用五点平均值法时，中间三点的裂纹长度与五点平均值之差不应大于0.1a。；采用三点平 法时，试样中心点的裂纹长度与三点平均值之差不应超过0.1a：否则试验结果无效

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6.3.2数据点分布和曲线拟合

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6.4临界CTOA的测定

6.4.1亚的稳态值（平均值)亚。在裂纹扩展超过最小裂纹扩展量后就可以确定下来。 6.4.2亚与△a的关系图由5.5.1.3、5.5.2.3和5.6.2得到的数据点组成（见图11）。 5.4.3对于每一测试试样螺纹标准，△amx按式（11)计算：

式中： 亚 满足裂纹扩展上下边界要求的值； N—测量值的总数目