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1、總則

1.1 雙懸臂梁試驗是用于測量金屬材料的抗EC裂紋擴(kuò)展的性能，是一種止裂型的斷裂力學(xué)試驗。此方法用臨界應(yīng)力場強(qiáng)度因子K來表示抗SSC擴(kuò)展性能，同樣通常用Kec表示抗EC擴(kuò)展性能。由于在有效試驗中已預(yù)制了裂紋或槽，方法D排除了不確定的蝕坑和裂紋起始影響。對于碳鋼和低合金的SSC試驗，這種方法需要的試驗時間短。方法D給出了一個直接用數(shù)字表示的抗裂紋擴(kuò)展能力的量化排序，而不取決于失效/不失效結(jié)果的評價。K不是材料固有的屬性，其值依賴于暴露的試驗環(huán)境和試驗條件，通過本標(biāo)準(zhǔn)獲得的Ksc值可用于進(jìn)行不同材料的比較。

1.2 本方法規(guī)定了在室溫和大氣壓下進(jìn)行DCB試驗的試驗程序和Kissc的計算方法。高溫高壓試驗時應(yīng)按第9章的規(guī)定進(jìn)行操作，且計算的應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)寫為Kxc。計算Kiec的公式與13.6的計算Kissc的公式相同。然而，本方法在SSC條件下關(guān)于材料性能的描述可能與一般EC條件下的不一致。

2、試樣

2.1 DCB 標(biāo)準(zhǔn)試樣的結(jié)構(gòu)形狀如圖所示。對試件加載使用的是一個雙斜面的楔形塊。雙斜面模形塊應(yīng)采用與試樣相同的材料，或與試樣材料同等級的材料制作。楔形塊材料可以通過熱處理或冷加工增加它的硬度,從而有助于防止楔形塊在嵌人期間出現(xiàn)磨損。楔形塊可以用聚四氟乙烯(PTFE)帶加以保護(hù)，以降低嵌人面的腐蝕。加工完成后,試樣和楔形塊應(yīng)放入低濕度區(qū)域，干燥器或未加緩蝕劑的油中，直到試驗開始。應(yīng)與試驗數(shù)據(jù)一起報告采用的不同于機(jī)加工的任何最后加工工藝。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)DCB試樣的名義厚度為9.53 mm，詳細(xì)尺寸見圖11 a).已加工完成的試樣表面粗糙度Ra應(yīng)不高于GB/T 1031規(guī)定的0.8 μm.當(dāng)試驗的材料太薄不能滿足標(biāo)準(zhǔn)DCB試樣厚度要求時，可以考慮圖11 a)中標(biāo)注的其他厚度。但一些碳鋼和低合金鋼的非標(biāo)試樣可能給出比標(biāo)準(zhǔn)試樣低的Ksc值.

2.3 對于管外徑與壁厚之比大于10的管材，可以制作全壁厚試樣。單側(cè)壁切槽深度應(yīng)為壁厚的20%，這樣可保持梁腹厚度(B.)等于壁厚的60%。

2.4 單側(cè)壁切槽應(yīng)小心地加工以避免過熱和冷作。機(jī)加工最后兩個工序切削掉金屬總量宜不超過0.05mm。如果不會使材料發(fā)生硬化或過熱導(dǎo)致的性能變化，也可對試樣進(jìn)行磨削加工。

2.5 當(dāng)對低 Kssc(低于22 MPa. m1/^~27 MPa●m'/2)的材料或難以起裂的材料進(jìn)行試驗，例如：低屈服強(qiáng)度材料，采用電火花加工圖11(a)中所示的切槽或疲勞預(yù)制裂紋，有助于避免邊緣開裂和誘發(fā)SSC。DCB試樣疲勞裂紋的預(yù)制宜在載荷變化控制在恒定頻率的情況下進(jìn)行。疲勞預(yù)制裂紋長度可接受的范圍為距V型槽基點或者EDM櫝端部1 mm~3 mm。為了避免引起嚴(yán)重錯誤的結(jié)果,預(yù)制裂紋期間KI的峰值不要超過由楔形塊傳遞的預(yù)定初始KI的70%,或30 MPa. m/。最小載荷與最大載荷的比值應(yīng)在0.1~0.2之間。預(yù)制裂紋的加深宜采用裂紋預(yù)制時最大載荷的三分之二循環(huán)加載約20000次，以使裂紋在通過任何可能存在殘余壓應(yīng)力的區(qū)域時得到擴(kuò)展。

2.6 DCB 試樣的每-側(cè)臂都應(yīng)用模壓或振動刻印標(biāo)記,標(biāo)記位置靠近兩個孔或在非模形加載端。

注：為確保機(jī)加工過程中保留標(biāo)記,試樣宜在加工前在模形槽端部進(jìn)行初始標(biāo)記。

2.7 若有要求,應(yīng)在試樣上測試三個或者更多點的硬度數(shù)據(jù)，并在試驗數(shù)據(jù)中報告硬度平均值以及測試面。硬度測試位置宜在標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣和厚度為6.35 mm試樣的長窄面上且在長度方向距離端部50mm以內(nèi)，或者在壁厚較薄的非標(biāo)試樣上靠近側(cè)槽的寬面上進(jìn)行。

2.8 測量試樣高度(2h)、試樣厚度(B)、膜板厚度(B)以及近試樣端部至孔心的距離(測量B時應(yīng)采用葉片千分尺)。記錄超出圖11 a)所示范圍的尺寸，以便試驗后用來計算Kxssc值(見13.6.3)。

2.9 試樣應(yīng)用溶劑脫脂，然后用丙酮清洗。試樣在疲勞裂紋預(yù)制和楔形塊嵌人前應(yīng)進(jìn)行脫脂處理。所有脫脂后的試樣應(yīng)采用合適的方式操作以避免污染，可采用一次性無粉手套操作。如果采用有粉末手套，接觸試樣前應(yīng)清除粉末。

3、試驗程序

3.1 按照要求清洗試樣。

3.2 按照以下要求，選擇楔形塊以獲得規(guī)定的懸臂位移：

a)測量切口厚度。

b)由于初始應(yīng)力的強(qiáng)度要影響最終Kssc，應(yīng)謹(jǐn)慎控制懸臂位移。懸臂位移不應(yīng)超過表7和表8中的規(guī)定范圍。表7中列出了對于其他等級的碳鋼和低合金鋼容許懸臂位移的選擇指導(dǎo)。類似，表9對在表7中未列出的低合金鋼以及其他合金的懸臂位移選擇提供了指導(dǎo)。

注1：對于非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和目的性試驗，在確定要求的懸臂位移范圍時，可能需要進(jìn)行一些試驗。如一個導(dǎo)致裂紋從大約12.7 mm增長至25.4 mm的試驗。

c) 當(dāng)測試屈服強(qiáng)度低于550 MPa的鋼種時，可以用公式計算懸臂位移。

d)在溶液A和100%H2S條件下試驗時,懸臂位移范圍見表7和表9.

e) 在溶液D和7%H2S條件下試驗時,API 5CT C110級材料的懸臂位移見表8.

f)在DCB試樣兩端，通過測量試樣上加載孔的初始間距，來確定真實的懸梁位移。初始間距可沿著試樣每側(cè)的加載線采用內(nèi)切垂直線進(jìn)行測量。其他測試方法如果經(jīng)驗證可得到要求的精度也可采用。通過每側(cè)測得的尺寸平均值作為初始間距值。

g) 選擇楔形塊的厚度應(yīng)確保預(yù)期位移在要求的范圍內(nèi)。

注2：對于抗裂紋性能較好或者在較高的pH值環(huán)境下的材料，可采用疲勞預(yù)制裂紋和/或更高的初始懸臂位移

h)將楔形塊壓人切槽，與試樣端齊平。

i)再次測量加載線上兩側(cè)孔的間距,使用每一側(cè)測得的平均值作為楔形塊隨后楔人的間距,然后計算真實的懸臂位移(8)。重新測量可采用d)中規(guī)定的方法進(jìn)行。對于表9中規(guī)定的抗SSC的碳鋼和低合金鋼,如果實際的懸臂位移低于預(yù)計范圍,可嵌人一個新的楔形塊以獲得要求的位移。如果實際的懸臂位移超出了預(yù)計范圍，楔形塊應(yīng)取出,在重新加載DCB試樣前，EDM切槽或疲勞預(yù)裂紋應(yīng)被延伸越過材料塑性變形區(qū)。

3.3 試樣應(yīng)用溶劑脫脂并用丙酮清洗。所有脫脂后的試樣應(yīng)按照合適的方式觸摸以避免污染，可采用一次性無粉手套接觸。如果采用有粉末手套，接觸試樣前應(yīng)清除粉末。疲勞預(yù)制裂紋試樣，應(yīng)用擦抹方法清潔，不能使用浸泡清洗。

3.4 把試樣放人試驗容器。 在楔形塊嵌入后，試樣應(yīng)在24 h內(nèi)暴露在H2S環(huán)境下。

3.5 對于低合金鋼,由于Ksc值在室溫附近敏感,因此整個試驗過程中,試驗溶液的溫度應(yīng)保持在(24士1)C的范圍內(nèi)。試驗溶液的溫度應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測,并記錄平均溫度值。

3.6 碳鋼和低 合金鋼的試驗周期至少為14d，如采用試驗溶液D，碳鋼和低合金鋼的試驗持續(xù)時間至少為17d，對于不銹鋼,Ni~、Ni/Co- .Ti-或Zr~基合金要求更長的試驗周期，以確保裂紋已經(jīng)停止擴(kuò)展，這些材料的試驗周期應(yīng)至少為30d。對于高強(qiáng)度等級的材料，低溫或者較緩和的試驗環(huán)境下，試驗持續(xù)時間可能至少需要21d或者更長。此試驗周期應(yīng)由所有利益相關(guān)方共同決定并與試驗結(jié)果一起報告。

3.7 完成暴露試驗后，用蒸氣吹掃，輕度噴丸或噴砂清除試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，或者采用其他不會造成金屬顯著損失的方法。

3.8 測得載荷-位移 曲線，然后移走楔形塊。拉伸試驗機(jī)上，對試件進(jìn)行拉伸試驗，獲得載荷-位移曲線。“上升-下降"曲線斜率突變位置即為平衡楔入載荷(F).在測量“上升-下降"載荷時，其值應(yīng)直接通過曲線讀取,而不對測量過程引人的小于5%的柔度測量誤差進(jìn)行校正?！吧仙?下降"載荷應(yīng)在完成暴露試驗后3d內(nèi)確定。

a)加載設(shè)備應(yīng)按照GB/T16825.1進(jìn)行校準(zhǔn)。在加載前,應(yīng)設(shè)置好試驗設(shè)備和曲線圖,對試樣的加載力從零開始,設(shè)備顯示力值應(yīng)清零。

b) 位移速率應(yīng)不超過0.5 mm/ min.

c) 在確定平衡楔人載荷F時,曲線圖或數(shù)字顯示的載荷精度應(yīng)達(dá)到最終楔人F值的士1%.

3.9 移走楔形塊后，應(yīng)用機(jī)械方法打開試樣，暴露其開裂表面。這一過程可能需要拉伸試驗機(jī)。對鐵素體鋼而言,使用液氮急冷后，可使用錘子和鑿子劈開懸臂梁。

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