ASTM E436-03

鐵素體鋼落錘撕裂試驗試驗方法[1]

本標準是以固定代號E436發(fā)布的。其后的數(shù)字表示原文本正式通過的年號；在有修訂的情況下，為zui后一次的修訂年號；圓括號中數(shù)字為zui后一次重新確認的年號。上標符號（ε）表示與上次修改或重新確定的版本有編輯上的變化。

1 范圍

1.1 本試驗方法適用于厚度在3.18到19.1mm（0.125in.到0.750in.）之間鐵素體鋼的落錘撕裂試驗（DWTT）。

1.2 將單位制表示的數(shù)值作為標準。

1.3本標準不涉及所有安全的問題，即使存在也僅涉及到使用。本標準使用者有責任在使用前建立適當?shù)牟僮饕?guī)程，確定適當?shù)陌踩胧?/span>

2 規(guī)范性引用文件

2.1ASTM標準

E 208 使用落錘試驗確定鐵素體鋼零延性轉(zhuǎn)換溫度的試驗方法[2]

E 1823 疲勞和破裂試驗術(shù)語²

3 意義和用途

3.1 本試驗可用于測定普通碳鋼或低合金管線鋼（屈服強度低于825MPa或120000psi）在斷裂形式從脆性（解理或平坦）轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性（剪切或傾斜）的溫度范圍內(nèi)擴展的斷裂形貌。

3.2本試驗的用途如下：

3.2.1 用于研究和設(shè)計，研究如成分或熱處理等冶金因素的作用，或如焊接或成形等加工操作對斷裂擴展型式的影響。

3.2.2用于評定服役的材料，通過指出服役溫度下的斷裂擴展行為說明材料對特殊應用的適合性。

3.2.3 用于資料或技術(shù)規(guī)范，僅當與服役性能已確立適當?shù)?，才能提供生產(chǎn)質(zhì)量的控制。

4 設(shè)備

4.1 試驗機應為擺錘型或立式落錘（注1）型。試驗機應能提供足夠的能量，以便一次沖擊即可*打斷一根試樣。

4.1.1 作為這種設(shè)備設(shè)計的指南，已發(fā)現(xiàn)要*打斷一根厚度達12.7mm（1/2in.），抗拉強度690MPa（100000psi）的鋼試樣，可能需要高達2712J（2000ft.lbf）的能量。

注1－在ASTM E 208中描述了能修改以進行落錘撕裂試驗的立式落錘異型設(shè)備。

注2－現(xiàn)有管線鋼牌號要求在-5℃承受能量超過4kJ。

4.2為了防止試樣向一邊轉(zhuǎn)動，應采用適當?shù)姆绞街卧嚇印?/span>

4.3落錘速度（對任何一種試驗機）應不小于4.88m/s（16ft/s）。

5 試樣

5.1試樣應為76.2×305mm（3×12in.）×全板厚的帶壓制單邊缺口試樣。圖1給出了試樣的尺寸和偏差。用鋸切、剪切或火焰加工方法從試料切取試樣，隨后機加工或不機加工。

注3－如果試樣使用火焰切割，除非通過機加工去除熱影響區(qū)，否則一般難以壓制缺口。

5.2試樣缺口應使用傾角為45°±2°的尖銳工具鋼鑿子壓制到圖1所示的深度。禁止使用機加工缺口。

注4－使用尖銳工具鋼鑿子壓得的缺口半徑通常在0.013到0.025mm（0.0005到0.001in.）之間。當要試驗很多試樣時，建議使用一種夾具能夠?qū)﹁徸舆M行導向并使其在適當?shù)纳疃韧Ｖ埂?/span>

圖1 落錘撕裂試驗用試樣和支座尺寸及公差（厚度為1/8到3/4in.的試樣）

6 試驗步驟

6.1 在－73到100℃（－100到＋212℉）的溫度范圍內(nèi)應采用6.1.1和6.1.2描述的步驟。

6.1.1將試樣*浸沒在所需試驗溫度的適宜液體浴槽中，溫度在與期望試驗溫度±1℃（±2℉）的范圍內(nèi)，試驗前至少保溫15分鐘。試樣在浴槽內(nèi)相隔距離至少等于試樣厚度。為了確保浴槽內(nèi)溫度均勻，要保證浴槽的循環(huán)流通。

注5－此外假如其它的加熱和冷卻方法在試樣溫度下產(chǎn)生等量的時間，也可使用這些方法。

6.1.2從浴槽中取出試樣，并按這里描述的程序在10s中內(nèi)打斷試樣。如果試樣在浴槽外停留時間已超過10s仍未打斷，則應將其放回浴槽中至少保溫10分鐘。不要使用溫度與試驗溫度顯著不同的裝置接觸試樣缺口附近。

6.2對于超出6.1中規(guī)定范圍的試驗溫度，沖擊時應將試樣溫度保持在所需試驗溫度的±4℃（±2℉）的范圍內(nèi)。

6.3將試樣安裝在試驗機上，使試樣缺口與落錘沖頭的中心線相一致，偏差不大于1.59mm（1/16in.）。試樣的缺口也應位于支座的支架之間。

6.4 如果試樣在沖擊時彎曲認為試驗無效。

注6－經(jīng)驗表明試樣厚度小于4.75mm（0.187in.）時會彎曲。

7 試樣評定

7.1對于本試驗方法的目的，剪切斷裂表面應認為是具有不鮮明灰白絲狀形貌的斷口，一般與試樣表面傾斜一個角度。解理斷或脆斷應認為具有發(fā)亮和結(jié)晶形貌的斷口，且與試樣表面垂直。解理斷裂一般從缺口根部擴展，且由剪切區(qū)或試樣表面上的剪切唇包圍。

7.2不考慮從試樣缺口根部算起的一個試樣厚度距離的斷裂表面和從落錘打擊邊緣算起的一個試樣厚度距離的斷裂表面，測定斷口剪切區(qū)面積百分比來評定試樣（注7）。圖2用交叉影線區(qū)表示評定試樣斷口剪切面積百分比時要考慮的斷口部位。

注7－如果評定剪切區(qū)之后試樣還要保存一段時間，或在試驗與評定之間還隔一段較長時間，則試樣斷口應進行處理以保持斷口不受腐蝕。

                                        C表示其它解理形貌區(qū)

圖2 剪切區(qū)測定中包括的斷裂表面          圖3其他剪切解理斷口形貌

7.3 試樣偶爾會出現(xiàn)圖3所示的斷口形貌。在這一類試樣的厚度中間處，斷口會顯示多次中止和起始的剪切和解理間歇區(qū)。在這一類試樣的斷口中所包含的剪切區(qū)面積如圖3所示（評定試樣時可忽略剪切和解理斷裂間歇區(qū)的剪切面積）。

7.4對于測定斷口剪切區(qū)面積百分比的仲裁方法，可用面積儀在斷口的照片或光學投影圖上測量斷口解理區(qū)的面積。然后用這種斷口中所包含的試樣凈截面面積除解理面積，使用百分比表示，從100中減去。更適用于常規(guī)評定的其他方法在7.4.1-7.4.3中敘述。

7.4.1剪切面積的百分比，可以通過將斷口與先前斷裂試樣已標定的一組斷口照片進行比較，或與規(guī)定厚度的已標定的剪切區(qū)面積百分比的實際試樣進行比較，予以評定。標定按7.4進行。

7.4.2剪切區(qū)面積百分比的評定，可按附錄A1中敘述的方法進行。

7.4.3剪切區(qū)面積百分比的評定，可用已證明所得結(jié)果與7.4中所得結(jié)果等效的其它任何方法評定。

7.5圖4給出了在-17到16℃（0到60℉）溫度范圍內(nèi)試驗的5種DWTT試樣。斷口光亮區(qū)是解理斷裂區(qū)，暗灰區(qū)是剪切斷裂區(qū)。（注：在4℃（40℉）下試驗的試樣幾乎具有100％的剪切區(qū)，而且每個斷面都有一段剪切唇，在厚度中間處有平坦的纖維剪切區(qū)（見圖A1.1(a)的A-A截面））。這種斷口形貌是典型的*剪切斷裂，而且很容易與試樣表面帶有剪切唇的試樣中心處平坦解理斷裂區(qū)分。

圖4  DWTT斷口形貌

8 試驗報告

8.1 應向用戶提供一份試驗結(jié)果報告，報告至少應包括試樣在產(chǎn)品中的取向（橫向或縱向）、厚度、爐號、材料標準、試驗溫度和每個試樣的斷裂形貌（剪切區(qū)面積百分比）。如果在一個溫度范圍內(nèi)試驗一組試樣，要求劃出剪切區(qū)面積百分比對溫度的曲線圖）。

9 精度和偏差

9.1精度－規(guī)定E 436方法測量斷裂形貌（剪切區(qū)百分比）的精度是不現(xiàn)實的，因為數(shù)據(jù)類型不能進行有意義的分析。

9.2偏差－對任何材料的剪切面積沒有可接受的“標準"值。如果不存在一個真值，考慮數(shù)據(jù)偏差也沒有意義。

10 關(guān)鍵詞

10.1 脆性斷裂；落錘撕裂試驗；鐵素體鋼；斷裂形貌；沖擊負載；剪切面積百分比

附錄A

（規(guī)范性附錄）

A.1 DWTT剪切區(qū)面積百分比的測量方法

A.1.1有許多方法可用于測量DWTT試樣剪切面積百分比，其中一些方法，比如在斷口照片或光學投影圖上用求積儀測出剪切區(qū)的面積，準確但較慢。其它方法，比如在試樣中點測量，相對迅速但度不夠。本方法經(jīng)過一段時間的發(fā)展，可以作為測量剪切面積百分比的一種比較準確和快捷的方式。

A1.2使用該方法需依賴斷口形貌。圖A1.1給出了三種有代表性的斷口。斷口呈現(xiàn)A1.1（a）和A1.1（b）之間形貌的試樣，假定脆性斷裂部分是三次曲線——以適當?shù)亩冉咏嘈詳嗔驯砻娴男蚊?。這種試樣形貌的測定方法是測量兩個“t"線之間（圖A1.2和圖A1.3）的解理斷裂長度，并測量缺口之下1個“t"線的解理斷裂的寬度。根據(jù)這些尺寸，可將斷裂表面的凈面積減去這一部分的面積，并用斷裂表面的凈面積除其結(jié)果，乘上100表示為剪切區(qū)面積百分比。這使得下列公式適用于約100％到45％之間的剪切，或適用于脆性斷裂一直延伸到試樣背面1 “t"線的部位。

（原文疑有問題）

式中：

％SA = 剪切面積百分比，

A   ＝缺口下方1 個“t"線處脆性斷裂區(qū)寬度，英寸。

B   ＝在2個“t"線之間脆性斷裂區(qū)長度，英寸。

A1.3計算不同厚度的數(shù)據(jù)比計算每個試樣快得多。圖A1.2和A1.3是測定厚度為0.312in.和0.344in.材料剪切區(qū)面積百分比的圖例。利用圖例，可通過測量斷裂表面的尺寸A和B來測定剪切區(qū)面積在45％到100％范圍內(nèi)試樣的剪切區(qū)面積。

A1.4對于圖A1.1（C）所示斷裂表面，剪切面積在45％到0％之間，剪切面積可通過三次測量A1.1（c）t線之間總剪切唇厚度（包括兩個剪切唇），取平均值并除以試樣厚度的方法獲得。乘以100而將結(jié)果轉(zhuǎn)化為百分比。對于特殊的鋼板厚度，也可將剪切唇厚度和剪切面積百分比列成表格易于確定。

圖A1.1 典型的DWTT斷裂表面

圖A1.2 測定厚度為0.312in.材料的剪切百分比用圖

圖A1.3 測定厚度為0.344in.材料的剪切百分比用圖。

A2 落錘撕裂試驗結(jié)果的說明

A2.1 關(guān)于落錘撕裂試驗（DWTT）結(jié)果的意義已進行大量研究。本試驗方法中所包括的研究工作是選擇的參考文獻目錄。在研究工作中包括有意引發(fā)大直徑鋼管斷裂的大量試驗。全尺寸鋼管試驗結(jié)果與DWTT結(jié)果的相關(guān)性表明，全尺寸斷裂擴展形貌（遠離開始區(qū)的斷裂形貌）的轉(zhuǎn)變與DWTT剪切區(qū)面積百分比轉(zhuǎn)變產(chǎn)生于相同的溫度。因此，DWTT確定斷裂擴展轉(zhuǎn)變溫度（FPTT）。

A2.2E24委員會III工作組所進行的工作表明，對于厚度小于19.05mm(0.750in.)的試樣，在特定的剪切區(qū)面積水平下轉(zhuǎn)變溫度的測定，在-12℃（10℉）內(nèi)重復性很好。此外，工作組的結(jié)果表明，測定剪切區(qū)面積百分比的標準偏差如下表所示：

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[1] 本方法屬ASTM E 08疲勞與斷裂委員會管轄，E08.02標準和術(shù)語分委員會直接負責。

現(xiàn)行版本2003年5月10日批準，2003年6月頒布。zui初版本1991年批準。上次版本為1997年批準的E436-91（1997）。

[2] ASTM標準年鑒，卷03.01。