铁素体钢落锤撕裂试验试验方法

更新时间：2015-03-27 | 点击率：2967

ASTM E436-03

铁素体钢落锤撕裂试验试验方法[1]

本标准是以固定代号E436发布的。其后的数字表示原文本正式通过的年号；在有修订的情况下，为zui后一次的修订年号；圆括号中数字为zui后一次重新确认的年号。上标符号（ε）表示与上次修改或重新确定的版本有编辑上的变化。

1 范围

1.1 本试验方法适用于厚度在3.18到19.1mm（0.125in.到0.750in.）之间铁素体钢的落锤撕裂试验（DWTT）。

1.2 将单位制表示的数值作为标准。

1.3本标准不涉及所有安全的问题，即使存在也仅涉及到使用。本标准使用者有责任在使用前建立适当的操作规程，确定适当的安全措施。

2 规范性引用文件

2.1ASTM标准

E 208 使用落锤试验确定铁素体钢零延性转换温度的试验方法[2]

E 1823 疲劳和破裂试验术语²

3 意义和用途

3.1 本试验可用于测定普通碳钢或低合金管线钢（屈服强度低于825MPa或120000psi）在断裂形式从脆性（解理或平坦）转变为韧性（剪切或倾斜）的温度范围内扩展的断裂形貌。

3.2本试验的用途如下：

3.2.1 用于研究和设计，研究如成分或热处理等冶金因素的作用，或如焊接或成形等加工操作对断裂扩展型式的影响。

3.2.2用于评定服役的材料，通过指出服役温度下的断裂扩展行为说明材料对特殊应用的适合性。

3.2.3 用于资料或技术规范，仅当与服役性能已确立适当的，才能提供生产质量的控制。

4 设备

4.1 试验机应为摆锤型或立式落锤（注1）型。试验机应能提供足够的能量，以便一次冲击即可*打断一根试样。

4.1.1 作为这种设备设计的指南，已发现要*打断一根厚度达12.7mm（1/2in.），抗拉强度690MPa（100000psi）的钢试样，可能需要高达2712J（2000ft.lbf）的能量。

注1－在ASTM E 208中描述了能修改以进行落锤撕裂试验的立式落锤异型设备。

注2－现有管线钢牌号要求在-5℃承受能量超过4kJ。

4.2为了防止试样向一边转动，应采用适当的方式支撑试样。

4.3落锤速度（对任何一种试验机）应不小于4.88m/s（16ft/s）。

5 试样

5.1试样应为76.2×305mm（3×12in.）×全板厚的带压制单边缺口试样。图1给出了试样的尺寸和偏差。用锯切、剪切或火焰加工方法从试料切取试样，随后机加工或不机加工。

注3－如果试样使用火焰切割，除非通过机加工去除热影响区，否则一般难以压制缺口。

5.2试样缺口应使用倾角为45°±2°的尖锐工具钢凿子压制到图1所示的深度。禁止使用机加工缺口。

注4－使用尖锐工具钢凿子压得的缺口半径通常在0.013到0.025mm（0.0005到0.001in.）之间。当要试验很多试样时，建议使用一种夹具能够对凿子进行导向并使其在适当的深度停止。

图1 落锤撕裂试验用试样和支座尺寸及公差（厚度为1/8到3/4in.的试样）

6 试验步骤

6.1 在－73到100℃（－100到＋212℉）的温度范围内应采用6.1.1和6.1.2描述的步骤。

6.1.1将试样*浸没在所需试验温度的适宜液体浴槽中，温度在与期望试验温度±1℃（±2℉）的范围内，试验前至少保温15分钟。试样在浴槽内相隔距离至少等于试样厚度。为了确保浴槽内温度均匀，要保证浴槽的循环流通。

注5－此外假如其它的加热和冷却方法在试样温度下产生等量的时间，也可使用这些方法。

6.1.2从浴槽中取出试样，并按这里描述的程序在10s中内打断试样。如果试样在浴槽外停留时间已超过10s仍未打断，则应将其放回浴槽中至少保温10分钟。不要使用温度与试验温度显著不同的装置接触试样缺口附近。

6.2对于超出6.1中规定范围的试验温度，冲击时应将试样温度保持在所需试验温度的±4℃（±2℉）的范围内。

6.3将试样安装在试验机上，使试样缺口与落锤冲头的中心线相一致，偏差不大于1.59mm（1/16in.）。试样的缺口也应位于支座的支架之间。

6.4 如果试样在冲击时弯曲认为试验无效。

注6－经验表明试样厚度小于4.75mm（0.187in.）时会弯曲。

7 试样评定

7.1对于本试验方法的目的，剪切断裂表面应认为是具有不鲜明灰白丝状形貌的断口，一般与试样表面倾斜一个角度。解理断或脆断应认为具有发亮和结晶形貌的断口，且与试样表面垂直。解理断裂一般从缺口根部扩展，且由剪切区或试样表面上的剪切唇包围。

7.2不考虑从试样缺口根部算起的一个试样厚度距离的断裂表面和从落锤打击边缘算起的一个试样厚度距离的断裂表面，测定断口剪切区面积百分比来评定试样（注7）。图2用交叉影线区表示评定试样断口剪切面积百分比时要考虑的断口部位。

注7－如果评定剪切区之后试样还要保存一段时间，或在试验与评定之间还隔一段较长时间，则试样断口应进行处理以保持断口不受腐蚀。

C表示其它解理形貌区

图2 剪切区测定中包括的断裂表面 图3其他剪切解理断口形貌

7.3 试样偶尔会出现图3所示的断口形貌。在这一类试样的厚度中间处，断口会显示多次中止和起始的剪切和解理间歇区。在这一类试样的断口中所包含的剪切区面积如图3所示（评定试样时可忽略剪切和解理断裂间歇区的剪切面积）。

7.4对于测定断口剪切区面积百分比的仲裁方法，可用面积仪在断口的照片或光学投影图上测量断口解理区的面积。然后用这种断口中所包含的试样净截面面积除解理面积，使用百分比表示，从100中减去。更适用于常规评定的其他方法在7.4.1-7.4.3中叙述。

7.4.1剪切面积的百分比，可以通过将断口与先前断裂试样已标定的一组断口照片进行比较，或与规定厚度的已标定的剪切区面积百分比的实际试样进行比较，予以评定。标定按7.4进行。

7.4.2剪切区面积百分比的评定，可按附录A1中叙述的方法进行。

7.4.3剪切区面积百分比的评定，可用已证明所得结果与7.4中所得结果等效的其它任何方法评定。

7.5图4给出了在-17到16℃（0到60℉）温度范围内试验的5种DWTT试样。断口光亮区是解理断裂区，暗灰区是剪切断裂区。（注：在4℃（40℉）下试验的试样几乎具有100％的剪切区，而且每个断面都有一段剪切唇，在厚度中间处有平坦的纤维剪切区（见图A1.1(a)的A-A截面））。这种断口形貌是典型的*剪切断裂，而且很容易与试样表面带有剪切唇的试样中心处平坦解理断裂区分。

图4 DWTT断口形貌

8 试验报告

8.1 应向用户提供一份试验结果报告，报告至少应包括试样在产品中的取向（横向或纵向）、厚度、炉号、材料标准、试验温度和每个试样的断裂形貌（剪切区面积百分比）。如果在一个温度范围内试验一组试样，要求划出剪切区面积百分比对温度的曲线图）。

9 精度和偏差

9.1精度－规定E 436方法测量断裂形貌（剪切区百分比）的精度是不现实的，因为数据类型不能进行有意义的分析。

9.2偏差－对任何材料的剪切面积没有可接受的“标准"值。如果不存在一个真值，考虑数据偏差也没有意义。

10 关键词

10.1 脆性断裂；落锤撕裂试验；铁素体钢；断裂形貌；冲击负载；剪切面积百分比

附录A

（规范性附录）

A.1 DWTT剪切区面积百分比的测量方法

A.1.1有许多方法可用于测量DWTT试样剪切面积百分比，其中一些方法，比如在断口照片或光学投影图上用求积仪测出剪切区的面积，准确但较慢。其它方法，比如在试样中点测量，相对迅速但度不够。本方法经过一段时间的发展，可以作为测量剪切面积百分比的一种比较准确和快捷的方式。

A1.2使用该方法需依赖断口形貌。图A1.1给出了三种有代表性的断口。断口呈现A1.1（a）和A1.1（b）之间形貌的试样，假定脆性断裂部分是三次曲线——以适当的度接近脆性断裂表面的形貌。这种试样形貌的测定方法是测量两个“t"线之间（图A1.2和图A1.3）的解理断裂长度，并测量缺口之下1个“t"线的解理断裂的宽度。根据这些尺寸，可将断裂表面的净面积减去这一部分的面积，并用断裂表面的净面积除其结果，乘上100表示为剪切区面积百分比。这使得下列公式适用于约100％到45％之间的剪切，或适用于脆性断裂一直延伸到试样背面1 “t"线的部位。

（原文疑有问题）

式中：

％SA = 剪切面积百分比，

A ＝缺口下方1 个“t"线处脆性断裂区宽度，英寸。

B ＝在2个“t"线之间脆性断裂区长度，英寸。

A1.3计算不同厚度的数据比计算每个试样快得多。图A1.2和A1.3是测定厚度为0.312in.和0.344in.材料剪切区面积百分比的图例。利用图例，可通过测量断裂表面的尺寸A和B来测定剪切区面积在45％到100％范围内试样的剪切区面积。

A1.4对于图A1.1（C）所示断裂表面，剪切面积在45％到0％之间，剪切面积可通过三次测量A1.1（c）t线之间总剪切唇厚度（包括两个剪切唇），取平均值并除以试样厚度的方法获得。乘以100而将结果转化为百分比。对于特殊的钢板厚度，也可将剪切唇厚度和剪切面积百分比列成表格易于确定。

图A1.1 典型的DWTT断裂表面

图A1.2 测定厚度为0.312in.材料的剪切百分比用图

图A1.3 测定厚度为0.344in.材料的剪切百分比用图。

A2 落锤撕裂试验结果的说明

A2.1 关于落锤撕裂试验（DWTT）结果的意义已进行大量研究。本试验方法中所包括的研究工作是选择的参考文献目录。在研究工作中包括有意引发大直径钢管断裂的大量试验。全尺寸钢管试验结果与DWTT结果的相关性表明，全尺寸断裂扩展形貌（远离开始区的断裂形貌）的转变与DWTT剪切区面积百分比转变产生于相同的温度。因此，DWTT确定断裂扩展转变温度（FPTT）。

A2.2E24委员会III工作组所进行的工作表明，对于厚度小于19.05mm(0.750in.)的试样，在特定的剪切区面积水平下转变温度的测定，在-12℃（10℉）内重复性很好。此外，工作组的结果表明，测定剪切区面积百分比的标准偏差如下表所示：