astm e 208铁素体钢无塑性改变温度落锤试验方法_1[最新]

astm e 208铁素体钢无塑性改变温度落锤试验方法_1[最新] 名称:E208-95a(2000再认可) 铁素体钢无塑性转变温度落锤试验方法 本标准以固定名称e208出版;直接跟在名称后面的数字表示最初采纳的年份，假使修订，表示最近修订的年份。在括号内的数字表示最近再认可的年份。 介绍 由海军研究实验室发展而来在,,,,年的落锤试验方法已广泛使用于研究结构钢脆性断裂需要的起始条件。落锤试验的设备已在好几个海军机构、研究机构和国内外的工业组织建立。本方法用来做工业组织规范的目的和被用于好几个ASTM规范和ASTM锅炉和压力容器规范。本程序确保试验操作在所有场合有共同的意义。 1、 范围 1.1本试验方法覆盖厚度大于等于5/8英寸(15.9mm)铁素体钢零塑性转变温度(DNT)的确定。 1.2本试验方法可以用于任何时候通过落锤试验方法确定常承受断裂韧性要求的钢的研究、、定购或规范状态。 1.3标准规定数值用英寸—磅单位。 1.4本标准不涉及所有安全地方，如果有，把它的用途联系在一起。有责任使用该标准建立适当的安全和健康应用和确定首次使用前调整限制的适用性。 2、 术语 2.1定义 2.2.1铁素体——用从此之后铁素体这个词指α-Fe钢。这包括马氏体、珠光体和所有其他非奥氏体钢。 2.2.,零塑性转变温度(NDT)——依据本试验方法规定标准落锤试样断裂的最大温度。 3、 试验方法概要 ,.1落锤试验使用特殊准备的简支梁试样，试验前在试样的拉伸面产生一个材料裂纹。试验是通过给定材料的一系列试样(通常4-8个)在系列选定温度下受单次冲击载荷以确定单试样断裂的最大温度。冲击载荷由一个导向的，具有250-1200 fg-lbf(340-1630 J)能量的自由落体提供，能量依据钢的屈服强度来确定。试样被阻止而弯曲大于几十英寸。 3.2通常的系列试验如下:在做好试样的温度条件准备后，初次落锤试验的试验温度由靠近NDT温度估算出。依据第一次的试验结果，测试的其他试样在合适的温度间隔10?F(5?)下操作。在系列最低不断裂温度下重复一次试验，以确定在此温度不断裂。 3.3在1984年，该方法用于焊接焊缝起裂，从双通过技术到目前单通过过程，在进行焊接修补焊接焊缝开裂是被禁止的。对于钢的性能来说，易受到脆变温度的影响，零塑性转变温度可通过单通过焊接焊缝起裂获得，而不可通过使用早期的双通过焊接焊缝起裂获得或起裂焊波被修理过。 4、 意义和使用 4.1用于缺口条件下的铁素体钢的断裂强度转变受温度的显著影响。对于一个给定“低”温度，缺陷(凹口)的尺寸和尖锐决定了要求脆性断裂开始的应力水平。试验方法的意义是与建立温度有关，(这里定义为NDT温度)，在“小裂纹”开始曲线,如图1,随着温度的降低落入正常的屈服强度水平,也就是那一点标记为NDT如图1. 无显著特点的断裂分析图显示断裂起始小裂纹尺寸的大约范围在不同正常应力水平下，与NDT温度参考一样 4.2起始断裂要求的其他条件可以用广义裂纹尺寸做出解释,应力-温度图如图1所示.该图来源于大量的试验,起裂和止裂测试,象与通过落锤试验建立的NDT温度相关一样。NDT概念的确定已被相关大量的发生在船舶，压力容器，机械零件，锻件和铸钢使用中破坏的文献证实。 ,.装置 ,.1落锤试验机是基于容易可用的钢结构产品而设计的。落锤试验机的主要组成部件是一个垂直导向，自由落体和一个当堆焊道下落时提供给直角平面试样加载的固定砧座。如图,说明了一个典型的落锤试验机的标准结构形状。 5.2固定于基础之上并处于垂直位置的导轨给重锤提供导向，重锤应该用合适的装置支撑，使与导轨接触，并确保它在单一垂直平面中下落。重锤可以通过简便的方式提升。重锤释放机理，功能类似于图,(b),应该使重锤自由下落没有影响并很快释放。重锤应该由一块组成，或如果由几块组成，结构应牢固确保它冲击试样时作为一个单元动作。重锤的冲击锤头应由半径为,英寸(,,.4mm)、全断面最小硬度为,,HRC的圆柱体钢。重量应在,,至,,,磅之间(,,.7至,,,kg)。导轨和提升装置应能提升重锤处于不同的固定位置并能获得,,,-1200ft-lbf(340 至,,,,J)的能量。 5.3 安装于导轨之下的水平基础应能保持标准试样要求的几种类型砧座的精确位置。砧座导向应将终止台的中心线的砧座放在冲击锤头中心线之下。总之，基座支撑导轨，但不是必需的。基座安装于稳固的基础之上。基础系统应足够牢固，确保以正常的落锤能量(表1)在NDT 温度以上使标准试样停止弯曲。在测试过程中基座不应跳动或晃动，如有必要防止移动应确信基础可靠。 ,.4防护栏类似于图,(c)，它能阻止脆性钢断裂成两半时从设备中强有力的飞出。 ,.5两块砧座的通用特征如图,。砧座应依图,的尺寸做成。砧座的支撑台和终止台应被钢硬化，它们的整个横断面的最小硬度达到,,HRC ,在两个终止台之间确保留有试样上焊缝起裂的间隙。如果要求，终止台可以由两个分离块组成。砧座,基础系统应足够稳固以阻止正常落锤能量(表,)NDT温度之上使试样停止弯曲。 ,.6测量系统应能保证每次试验重锤从任何想要得高度释放，限制在，,,，,,,以内。 ,.7图2显示的是装置的变体或落锤试验机的集成细节，允许提供装备功能的变体设备。图,表示一个轻便的设计用于不同制作部位的压力容器组件的落锤试验。 ,(注意 ,.1落锤试验用于测量大于等于,,,英寸(,,.9mm)的结构材料的脆性起始特征。本试验不推荐用于小于,,,英寸(,,.9mm)厚的钢。 ,2本试验方法建立的标准试样和条件以确定给定钢的NDT温度。在非标准测试条件使用标准试样或者使用非标准试样不应该用于规范的目的。 ,.3本试验方法是在试样表面上使用一个小堆焊，其唯一目的是在试验过程中在试样的基体上提供一个小，分裂的缺口裂纹的起始脆性材料。大量的材料特性表明焊接起裂的堆焊形成的热影响区比没有影响的平板区有更大的脆性阻力。这种条件通过淬火和低温回火获得高硬度。这个问题可以避免通过在淬火和回火热处理前在钢表面堆焊形成裂纹启动器。除在冶金学术语之外，(例如，在热影响区形成一个塑性改善区的深加工钢的再结晶是可能的)，热影响区的问题不会在常规晶粒珠光体结构钢或淬火和形成最大断裂韧度的高温回火钢中遇到。 表1 标准落锤测试条件 试样 跨距英终止挠度屈服强度水平给定屈服强度水平的落试样尺寸英寸(mm) 类 型 英寸锤能量 寸(mm) ksi(Mpa) 焦耳 (mm) 英寸-磅 1/2P-1 1×3×14 12.0(305) 0.3(7.6) 30至50 600 800 (25.4×89×356) (210至340) 50至70 800 1100 (340至480) 70至90 1000 1350 (480至620) 90至110 1200 1650 (620至760) P-2 3/4×2×5 4.0 0.06 30至60 250 350 (19×51×127) (102) (1.5) (210至410) 60至90 300 400 (410至620) 90至120 350 450 (620至830) 120至150 400 550 (830至1030) P-3 5/8×2×5 4.0 0.075 30至60 250 350 (15.9×51×127) (102) (1.9) (210至410) 60至90 300 400 (410至620) 90至120 350 450 (620至830) 120至150 400 550 (830至1030) 7 测试样品 7.1材料识别—所有取自给定板材、型材、铸件、锻件产品的样品材料和试样标识应与它们 的母材信息(炉号、板号等)一致。一个简单的鉴别系统应用来与获得所有潜在信息的详细说明表相结合。 7.2方向——落锤对试样的轧制和锻造方向敏感。然而，除非经同意，来自买方的所有样品标识应方向相同，并应在中注明。 7.3与其他试样的关系——除非买方标识，试样应取自用来评价别的材料性能的其他类型试验位置的邻近位置(如力学测试试样)。 7.4锻造和铸造的特殊条件——锻件或铸件的落锤试验的样坯应从铸件、锻件的本体或本体的加长部位切取;也可从与产品同炉号、生产工艺相同而单独浇铸的坯料上切取。坯料的厚度应与其最大壁厚相当。完整固定于凸出垫或用于制作试样的延长部分的尺寸和位置应事先经过买方的同意。如果锻件或铸件的设计不允许附上的测试样坯，应满足以下要求: 7.4.1当产品尺寸相当并经过买方同意满足测试要求分离于锻件和铸件试样的尺寸与产品尺寸相当。 7.4.2如果供方能够证明于产品的化学成分、内部质量和冶金条件产品相当，试样可以组取自单独生产的测试样坯。材料的加热和制造应与产品的条件一样。试样切取的位置应事先得到买方的同意。 7.4.3特别地，在铸件要求X射线质量标准的情况下，单个的试样应该分开铸造，但与产品同时铸造。不应使用冷铸。测试样品应与铸件产品厚度T成正比，这里的T是该铸件任何断面的最大圆的直径或者事先由买方定义如正常的设计厚度，如下 厚度T,英寸(mm) 非冷铸的分开铸造的试样尺寸 无要求 <=1/2(12.7) 5/8至2(15.9 至50.8) 当从一炉中浇注几个小铸件时，如果可能用 其中的一个铸件作为试件 5/8至1(15.9 至25.4) T×2×5英寸 (127mm)对于不规则形 状铸件 〉1至3(25.4至76.2) T×4.5T×4.5T 〉3至5(76.2至127) T×3T×3T 超过5(127) T×3T×3T对于典型板材铸件 1/2超过5(127) T×T×6T对于典型板材铸件 7.4.4在断裂面上显示出铸造或冶金缺陷的试样应“测试无效”。 试样类型 尺寸 单位 P1 P2 P3 尺寸 公差 尺寸 公差 尺寸 公差 英寸 ?0.12 ?0.04 ?0.02 1.0 0.75 0.62 T,厚度 ?2.5 ?1.0 ?0.5 mm 25 19 16 英寸 ?0.5 ?0.5 ?0.5 14.0 5.0 5.0 L,长度 ?10 ?10 ?10 mm 360 130 130 英寸 ?0.1 ?0.04 ?0.04 3.5 2.0 2.0 W,宽度 ?2.0 ?1.0 ?1.0 mm 90 50 50 WL,焊接英寸 ?1 ?1.0 ?1.0 2.5 1.75 1.75 长度 ?25 ?25 ?25.0 mm 63.5 44.5 44.5 注1:焊波的长度不是关键性的，在试样的中心提供一个裂纹开启的凹痕，当试样完全弯曲焊波不接触支撑装置。 7.5坯体尺寸——标准要求的测试样品的坯体尺寸如图6所示。在?10?F(?5?)以内，使用任何一种标准试样通过试验确定给定钢的的NDT温度同样重要的。对于特殊厚度材料可以很方便可以选择图6所示的任何一种标准试样。，并准备在第7部分加以描述此方法。在标准测试条件获得的结果应按照确定NDT温度的要求做出。 7.6试样切割——材料试样和样品端部可以火焰切割。试样边部应锯切或机加工，使用足够的冷却液防止过热，离任何切割面最小为1英寸。产品比标准试样厚时，应从一边加工成标准试样，保持一个原制作表面，除非有别的规定或事先经过买方的同意。在试验过程中保持的原制作表面应是试样的焊接(拉伸)面。 7.7起裂焊接——位于焊波中心位置的焊接起裂器大约2英寸长(如图6的WL)、1/2英寸宽(12.7mm)，堆焊在落锤试样的原制作拉伸面应一次通过。为了帮助焊接操作者正好堆焊在测试样品的中心，冲孔标记出图6的WL的大致尺寸，位置应如图7(a)的A和D。与选择与冲孔标记不同，也可使用包含有中心夹缝的铜盘，1英寸*WL+1/2英寸(25mm*WL+13mm)如图7(b)。焊接开始于点A或D,无中断的进行像一串焊波(无迂回)到另一点。焊波的外观由电流、起弧电压和移动速度决定。在合适条件下180到200A的电流，中等弧长和移动速度能产生一个适度的高密焊波。堆焊起裂器的放大图如图7(c)所示。对于P2和P3试样在焊接过程中推荐使用一个吸热装置，但并不要求这些小试样的微观结构变化最小。 7.7.1基体金属的微观结构——现在的数据表明堆焊的焊波能对特别在热处理钢确定NDT温度的焊接凹口下热影响区产生影响。 7.,焊接凹口——试样的最后准备是在堆焊的焊波长度的中心开缺口。应小心确保只在堆焊层开缺口，切割工具不能接触试样表面。缺口的切割可以使用薄砂轮，如图,所示，或者其他方便的切割工具如机械锯、弓锯等，或者放电去除加工。焊接缺口的细节和典型的焊接缺口例子如图,所示。 ,.9焊接缺口深度的测量——从焊接凸面起的缺口深度将随焊接凸面尺寸而变化。由于留在试样表面的厚度和缺口底部不是标准化的，缺口的深度不能测量，如图,所示。在试样上的焊接厚度应保持与允许的焊波外形差不多。图,,说明了一个测量焊接金属缺口底部厚度的任意调节的装置。当显示器顶尖直接靠近接触缺口试样表面，可调节的刻度显示器置零。然后放在焊接块上面用显示器的顶尖放在缺口底部直接测量焊接金属厚度。在操作者准备几个试样获得经验后，仪器必须只是用于完成的缺口的最后检查。 7(10其他焊接起裂器——落锤试验的满意程度完成依赖于由焊接缺口发展而来的“起裂”条件。示意图如图11，使裂缝开裂的试样的终止距离，D,，值得注意小于可允许的砧座终C 止挠度D, 标准厚度T，测试样品的合适跨距S。仔细的准备和特殊的手握电极(在7.7中A 描述)已被成功的证明对所有高于大约400?F(200?)温度起裂目的。如果其他的焊接材料象起裂器一样也能在合适的高的测试温度(试样表面即刻发生屈服)发展解理裂纹，应该被认为是满意地操作。不同于在7.7中描述的那样，用于制作起裂器焊波的焊接材料满足以下要求: 7.10.1使用标准条件象表1规范那样 ，三种标准试样类型p2(3/4*2*5英寸)(19*51*127mm) 应落锤测试在100?F(55?)或者在金属板材的NDT温度以上。 7.10.2如果三个试验焊接缺口总是裂在试样拉伸表面的终止台说明达到了由合适的砧座阻止台允许的最大量，其他的焊接起裂器应被审定并考虑符合这个方法的标准要求。 7.10.3如果他们说明发展成解离裂纹在合适的高的测试温度或在测试样品的表面接近于屈服，不同于在7.7描述的焊接过程或者焊接起裂器的尺寸应被考虑满意地像起裂器那样执行。例如，一个3/4英寸到1英寸长焊接起裂器堆焊在一个方向只在7.7描述的焊接条件和电极已成功用于类型P3试样的焊接起裂器。短的焊接输入到试样的总热量，被认为不太可能导致在低合金，高延伸压力容器钢试样基体的冶金变化。对于类型P1试样，使用7.7描述的标准起裂焊接获得起裂目的短焊接不会得到重复性或再现性。不同于7.7描述的其他焊接过程或焊接起裂器尺寸可能被用作给定标准类型(P1,P2,P3)试样的起裂焊波，不保证按照7.10.1与按照7.10.2得到的结果一致。 8(程序——通则 8.1需要关心和考虑确定NDT温度的落锤试验成功。足够的辅助装置和定义的过程对做试验有帮助。下面的部分详细定义和按序制作装置和过程要求: 8.2进行试验时，通过放试样于热或冷的装置中直到它达到希望的温度。然后将它以最短的时间放在砧座上并排放在落锤正好冲击到他的地方。让重物从一个已知的预选的高度落在试样上。在撞击后检查试样以确定它的条件与按本方法要求的要求一样。重复这个过程，直到NDT温度被测出。 8.3确定NDT温度所要求的试样数量由材料的操作者的经验和过程的足够使用决定。对已知材料有经验的操作者能够用少至3个试样就能确定NDT温度。通常，要求6到8个试样。 9.试样——砧序列 9.1砧要求——试验时，每种落锤试样类型只与依据表1设计的试样类型的砧座一致。 9.2试样——砧序列——为了获得有效的试验适当的排列试样于砧座上。对齐砧座、试样和重锤，那么试样在以下条件被撞击: 9.2.1试样应水平并且端部由砧座支撑. 9.2.2落锤的冲击锤头应撞击在平行于试样受压边,垂直于长边并正好与焊接起裂器的缺口相反的10?0.1英寸(?2.5mm) 。 ,.2.3在试验过程中焊接起裂器没有一个部分接触终止台。 9.2.4试样的边部和两端应在试验期间免受任何阻碍。 9.3对中工具——图12说明的可调节的技术已成功用于获得校证纵向和角度的试样。在试样的受压表面画一条垂直于纵边和正对缺口相反方向的蜡笔线。将铅笔放在砧上，以便该线与移动的导向棒的边相符。将该棒逆着设备的横杆放置，此时该边定义为锤头的触发线。 10.试验能量的选择 10.1通过足够能量的自由落锤冲击试样以使试样足够弯曲至焊接层开裂，使拉伸表面接触 设备的设计允许使用不同的冲击能量以适应不同强度级的不同材料的试验。表1说明的标准条件由经验发展而来，应该使用于给定钢的系列试验，除非试验操作无效。指示出的能量能 由提升从离试样的受压表面要求的距离的重物获得。 10.2试样的拉伸表面与终止台的合适接触应该定义如下:画一条蜡笔线在标准试样的拉伸表面平行并在堆焊层机加工缺口的线上，如图13(a)。使用修稿带或类似的材料清洁砧座终止台的顶表面，如图13(b)。对齐试样与砧座，对涉及钢按表1的标准条件使用重锤冲击一次。蜡笔线从试样转到修稿带说明试样足够的弯曲(图13(c))。以上的步骤以保证试样的拉伸表面与终止台的合适接触，被认为是试验方法的一种“内置”标准化特征，应应用于每个落锤试验以排除象13.2.3和13.3描述的“无效”操作。 10.3如果焊接开裂和砧阻止台接触标准不满足表1的能量要求，对p1类型试样按100英寸—磅增加落锤能量、对p2和p3类型试样按50英寸—磅(60J)增加落锤能量直到满足要求。 不要使用列在表中之上的落锤能量，除非上面的过程随后规定了超能量要求。 11试验温度的选择 11.1试验温度的选择是基于用尽可能少的试样找到试样断裂的较低温度和不断裂的较高温度，然后在这些温度之间以一定温度间隔试验直到限定断裂与不断裂的试验温度确定在10?F (5?)以内。当试验通过这个操作试样不断裂的最高温度就是NDT温度。在判定为NDT点温度之上10?F (5?)试验，至少有两个试样不断裂。 11.2初始的试验温度估计接近于NDT温度。这个温度和所有的序列温度应是10?F (5?)的 整数倍。追加的试验在基于操作者经验或表2的这些建议进行。 12 试样温度的测量 12.1整个测试样品试验过程中应在一个已知的和均匀的温度进行。如果试样完全浸入在一个搅动液体内，已知温度的常温池和试样相邻之间距离最小1英寸(25.4mm)，试样测试前保持至少45分钟，那么可假定试样的温度应与池中的温度相同。如果使用气体热交换介质，增加要求的保温时间至60分钟。如果能够通过适当的测试技术，如使用热电偶安放在模拟测试样品的中心，那么能够说明试样的平衡温度能在较短的时间内发展，试验者事经过买方的允许能够减少试样的保温时间。恒温池或者烤箱可以是任何一种类型用来搅动或者冷却试样到已知和均匀温度。 12.2使用校准到?2?F或?1?的设备测量池的温度。 12.3可以使用任何一种便利的方式从恒温池中取出试样，并传送到测试设备预防不要影响试样的温度控制。如果使用钳子，应将它放入温度池维持到与试样一样温度平衡。通常橡胶手套是最便利的夹持工具。试样应该从断裂区搬运走。 12.4如果试样从保温容器中取出至冲击的时间应大于20s，那么应该认为失去温度控制，试样应返回池中。 12.5对下面几种类型浴池已经积累大量的经验，为了方便在这儿描述，供试验者任意选择。一个深的、隔离的容器容纳从1/2到10加仑(1.9到38升)的适合的热交换液体如酒精，用较小手动调节在要求的试样保持期间将维持给定的温度。浸入一筐敞开的碎干冰或高功率的电热器在容器中，它的温度在短时间内能被缓慢的调整，或能降低或能升高至一个新的恒定温度。对于低密度热交换液体，一块核桃尺寸大小的干冰加入容器中将下沉并剧烈的起泡并有助于搅动。如果使用这种浴池，应足够深以完全浸没试样。经验发现试样一端立在容器内，另一端靠在容器壁上是最满意的。试样水平放在浴池中应放置一块离底面至少1/4英寸(6.4mm)的隔板。如果多块试样放在浴池中，他们应该彼此相距至少1英寸以确保足够的热交换液体在每个试样周围流动。浴池温度测量最方便的方法是使用一个裸露的热电偶连接到一个自动记录器上。 13(测试结果的分析 13.1成功的落锤试验有赖于试样弯曲瞬间焊接起裂器的小解离裂纹的发展。试验评价存在小缺陷钢抵挡屈服点加载的能力。钢或者在这种测试条件接受易裂的开始并且测试样品断裂，或者断裂的开始受阻并且少部分测试样品弯曲，允许额外数量由砧阻止没有完全断裂。 13.2每个落锤测试完成后，样品应该检查，测试结果应根据以下条件记录: 13.2.1断裂——如果拉伸面一边或两边开裂就被认为试样断裂。对断裂性能来说不要求在试样的弯曲表面完全分离。典型的断裂特性用图,,来说明。 图,,落锤试样断裂的典型例子。开裂至少到达棱边 注,:焊缝说明没有按照通用的程序规定的焊缝应该从任一边开始，并不间断的进行下去 13.2.2未断裂——在试样的起裂器的焊波处的可见裂纹没有传播到拉伸面的任何一边。典型的未断裂特性如图,,所示。 13.2.3试验无效——如果焊层缺口在试验完成后没有可见裂纹，或如果落锤试样没有完全弯曲接触终止台象通过蜡笔线转移到在砧偏转台的遮蔽胶带，试验应认为无效。 13.3不使用足够的冲击能量，或者试样的不对中结果使焊接顶阻碍了到终止台的弯曲完全可能导致一个无效的操作(13.2.3)。要求无效试验样品应被废弃并使用另一个样品重试。给定钢的重试或额外试样的试验建立在标准试验条件下产生足够的弯曲，表,，应用高冲击能量操作。 ,,.报告 ,,.1报告以下信息: 14.1.1钢和热处理的类型 测试样品的标识(炉号，流号)等 试验样品的方向和位置标识 试样类型，测试条件和试验温度 每个试样的测试结果(断裂、未断裂，试验无效) 任何背离本试验方法的情况 ,,. 测量材料质量测试的使用 15.1规定在给定测试温度下的试验操作，不管是否约定应要求测试落锤试样最小,个。这样测试过的所有样品应检查未断裂特性保证在试验钢的NDT温度低于规定的试验温度。在试验温度下多于一个(或更多)试样应指出材料的NDT温度是或超过规格测试温度( ,,.精度和偏差 16.1精度——本测试方法的精度被建立。 16.2偏差——没有一个定义本测试方法的基准。