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GB／T 40403-2021 金属和合金的腐蚀 用四点弯曲法测定金属抗应力腐蚀开裂的方法.pdf简介：

GB/T 40403-2021标准，全称为《金属和合金的腐蚀 第3部分：用四点弯曲法测定金属抗应力腐蚀开裂的方法》，是中国对于金属和合金在特定应力条件下，如在腐蚀介质环境中，抵抗开裂能力的一种测试标准。这种测试方法主要用于评价材料在综合应力和腐蚀环境下的性能，特别是对于抗应力腐蚀开裂（SCC, Stress Corrosion Cracking）的评估。

四点弯曲法是一种常见的金属材料力学性能测试方法，它涉及到将试样放在四个支撑点上，形成一个中央的拉伸区域。当施加一定的弯曲力时，如果材料存在应力腐蚀开裂，会在支撑点之间的区域发生裂纹。通过对裂纹的观察和测量，可以评估材料抵抗应力腐蚀的能力。

在GB/T 40403-2021中，四点弯曲法的具体实施步骤可能包括：制备试样、预处理（如清洗、干燥等）、施加弯曲力、观察并记录裂纹的形成和扩展、分析数据以计算抗应力腐蚀开裂性能指标。这个标准适用于金属和合金，特别是对于航空航天、石油、化工等行业的材料，需要长期在腐蚀环境中使用的场景。

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下列术语和定义适用于本文件。 3.1 耐蚀合金 corrosion resistance alloy;CRA 在碳钢可发生腐蚀的环境中，耐全面腐蚀和局部腐蚀的合金。 3.2 热影响区heataffectedzone;HAZ 在焊接或切割过程中，母材金属未熔化但组织和性能因受热发生变化的部分。 3.3 软区开裂 softzonecracking;Szc 当钢中含有低届服强度的局部“软区”并在应力作用下暴露于含H,S的环境时，可能发生的一种硫 化物应力开裂形式。 注：在服役载荷下，软区可能会屈服并在局部累积塑性变形，增加抗开裂材料的开裂敏感性。这些软区通常与碳钢 焊缝有关。

下列术语和定义适用于本文件。 3.1 耐蚀合金 corrosion resistance alloy;CRA 在碳钢可发生腐蚀的环境中，耐全面腐蚀和局部腐蚀的合金。 3.2 热影响区heataffectedzone;HAZ 在焊接或切割过程中，母材金属未熔化但组织和性能因受热发生变化的部分 3.3 软区开裂 soft zonecracking;Szc 当钢中含有低届服强度的局部“软区”并在应力作用下暴露于含H,S的环境时，可能发生的一种硫 化物应力开裂形式。 注：在服役载荷下，软区可能会屈服并在局部累积塑性变形，增加抗开裂材料的开裂敏感性。这些软区通常与碳钢 焊缝有关。

四点弯曲试验是一种位移试验，在两个加载辊（轴承圆柱）上支撑弯梁试样，另外两个加载辊施加 载荷以使试样的一个面处于拉伸状态（在内加载辊之间均匀受力），而另一个面处于压缩状态来实现。 式样截面中间厚度处的应力为零，应力梯度在厚度方向有显著的变化，薄试样变化更为明显。裂纹可能 萌生，但随后裂纹会停止扩展或其扩展速率降低。因此，在试验暴露期内发生完全断裂的可能性比较

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低。重要的参数包括加载辊间距、内外加载 寸、宽厚比和加载辊直径。由于焊接试样 在焊根形貌、表面粗糙度、微观裂纹缺陷程度、错边角度上的显著差异，对焊接试样进行试验难度较大。

图1典型四点弯曲加载夹具设计

5.2通常母材试样的厚度最大可取到5mm，这样的试样连同典型尺寸的加载夹具可比较容易地放人 常规试验容器内。典型的加载夹具尺寸如下：内加载辊间的距离为50mm～60mm；外加载辊的距离 为100mm130mm；加载辊直径为6mm~10mm。 5.3焊接试样建议采用较厚的试样（厚度可以是全壁厚）进行测试。此处，可通过增大支点间距来减小 加载载荷，但需要确保尺寸增加后的夹具能够放人合适规格的测试容器内。此处可自行判断。 5.4试样和加载夹具之间应电绝缘，以避免电偶腐蚀和缝隙腐蚀。优先选用陶瓷材料的支撑辊可实现 电绝缘，同时试验过程中陶瓷支撑辊无屈服变形或螨变。 5.5应尽可能减小支撑辊与试样间的摩擦力，以确保摩擦约束不影响试样上的应力分布。通过使用低 摩擦接触表面的陶瓷辊可很好地达到此目的。如试样加载时低摩擦接触表面的陶瓷辊可以自由转动， 此影响可进一步减少。如陶瓷辊不可自由转动，摩擦力的存在将会影响达到所需应变所用的加载力大 小。如试样经过应变仪测试且摩擦力不大，摩擦将不会影响测试结果。尽管如此，摩擦的增加会使得内 加载点拉伸表面局部的应力应变增加，提高试样中这些位置裂纹形成的可能性（见第11章）。在特定测 试条件下，可通过该区域的应变测量来评估特定加载夹具的过度应变程度。 5.6加载夹具用材料应在测试环境中抗应力腐蚀开裂，同时夹具应有足够的刚度。通过选用耐蚀合金 材料制作夹具或在夹具上增加涂层的方式均可避免夹具腐蚀产物对试验溶液的污染，从而避免对测试 结果产生影响。当用耐蚀合金的夹具进行碳钢或低合金钢测试时，可能发生由腐蚀产物导致试样和夹 具之间的电连接，为此需要在试验结束时进行电阻检查。如果没有进行电绝缘处理，那么夹具应选用与 式样相似的材质。在对碳钢和低合金钢进行测试时，优先采用低合金钢夹具可避免电偶效应的影响。 在这种情况下，为夹具选择合适的惰性涂层能够尽可能减少腐蚀产物的堆积

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6.1.1四点弯曲试样应是具有均匀矩形截面和均匀厚度的平直条带，除非测试一面是原始焊缝截面非 均匀的焊接试样、测试管材内侧原始表面状态（截面下凹）的试样或测试管材外侧原始表面状态（截面上 凸）的试样。

均匀的焊接试样、测试管材内侧原始表面状态（截面下凹）的试样或测试管材外侧原始表面状态（截面上 凸）的试样。 6.1.2试样两端应有永久性标记或编号。因端部应力最低，标记不会诱发裂纹萌生。 6.1.3对氢致损伤敏感的材料，不应使用可能在样品表面产生氢的制备方法，如电火花切割等。如果 采用这类加工方式，需要对试样外表面进行研磨以消除材料表面残留的氢，研磨应尽可能快地进行以缩 短氢从外表面扩散到试样内的时间。研磨移除的厚度宜根据材料中有效氢扩散系数进行保守评估。对 大多数耐蚀合金而言，从试样每个表面去除500um是足够的。也可以考虑烘烤除氢，但是这种方法不 可导致材料微观组织的变化

用这类加工方式，需要对试样外表面进行研磨以消除材料表面残留的氢，研磨应尽可能快地进行以 从外表面扩散到试样内的时间。研磨移除的厚度宜根据材料中有效氢扩散系数进行保守评估。 多数耐蚀合金而言，从试样每个表面去除500um是足够的。也可以考虑烘烤除氢，但是这种方法 导致材料微观组织的变化

2.1母材试样经机加工制备，避免尖锐边缘。从管或板的纵向取样，除非另有规定。 .2典型四点弯曲母材试样如图2a）所示

6.2.1母材试样经机加工制备，避免尖锐边缘。从管或板的纵向取样，除非另有

6.2.3试样宽度应是试样厚度的1.5倍～5倍。对这一要求的任何偏离，如非常厚的碳钢，需要证明试 样平面外侧的弯曲不明显。 6.2.4可对拉伸测试表面处于原始表面状态未经表面打磨处理的试样进行测试。对表面的打磨处理 通常会使近表面材料性能出现预期外的变化。否则，需征得用户同意对试样表面采用一致的、可重复的 表面处理方法，通常要求任何非焊接试样表面粗糙度Ra≤0.25um。试样在加工过程中应避免过热和

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不必要的表面冷加工。润滑剂的使用可影响试样表面化学特性，需选用适当试剂对试样除油，并采用内 酮等溶剂清洗。清洗步骤的效果应进行验证，如雾化试验。 6.2.5试样边缘的毛刺可通过手工打磨的方法去除

6.3.1焊接试样应垂直于焊缝取样，并且焊缝应位于试样中部，除非另有规定， 6.3.2典型四点弯曲焊接试样如图2b）所示。 6.3.3当试样一面为焊接状态（表面未经过打磨处理）时，由于焊接错边的存在，只从单侧加工通常会 导致焊缝两侧厚度的差异，这种情况应注意记录。厚度的变化会导致试样不均匀形变，但对较厚试样影 响较小。可优选近全厚度的试样进行测试。 6.3.4当试样的一面为焊缝时，与外支点接触的位置应加工平整，防止因试样弧度导致陶瓷支点处存 在局部高应力集中。否则，加载辊可能断裂。 6.3.5两面均加工的焊接试样，试样宽度应是试样母材厚度的1.5倍～5倍。偏离这一要求，如非常厚 的碳钢，需要证明试样平面外侧的弯曲不明显。 6.3.6由锥度、错边、弯曲（如果是从管件加工成的焊缝）导致的试样厚度差异应进行记录。 6.3.7当测试焊缝经完整加工时，受张应力表面宜尽可能贴近原始表面，因为沿厚度方向可能会存在 硬度和组织的差异。无其应保留打底焊焊道（或盖面焊的最后一个焊道）。因此，在测试前对硬度和组 织特征进行详细表征有助于评估差异程度、指导试样准备、识别任何影响测试结果的因素。厚度方向的 残余应力也有差异。因此，相对于原始表面的受拉表面应进行标注，试样切割方式要保持一致。试样表 面按6.2.4处理。通常表面粗糙度Ra≤0.25μm。试样在加工过程中应避免过热和不必要的表面冷加 工。润滑剂的使用可影响试样表面化学特性，按6.2.4选用适当试剂对试样除油，并采用丙酮等溶剂 清洗。 6.3.8试样边缘的毛刺可通过手工打磨的方法去除。

7.1当试样加载可能导致塑性变形时，需要进行应变测量。应变测量指南见附录B。 7.2在加载应力导致塑性变形条件下对母材试样进行测试，应将应变片贴附在校准试样受拉应力面的 中心位置。 7.3对焊缝试样进行测试，应将应变片贴附在试样母材中心位置、焊缝金属对称的两侧，尽可能贴近焊 趾处但具有足够的距离，使得测得的应变值不受任何局部应力/应变集中、非均匀表面或热影响区机械 性能的直接影响。应变仪传感器距离焊趾通常是3mm～5mm，测量时应记录应变片位置。 7.4在对焊接试样进行应变测量时，应变片的贴附和移出应尽量减少对试样表面状态的影响。可在尽 可能小的区域内按6.2.4进行脱脂处理。应注意尽量减小受影响的面积，

加载应变应与要求应力相一致。

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8.2.1对母材试样，其目的是在试样受拉应力表面加载一个特定的应变值。 8.2.2所需挠度应在试样受拉应力的表面中心进行测量，挠度可配合加载夹具使用合适的位移计，如 千分尺或线性可变位移转换器（LVDT）进行测量，如图3所示，

8.2.3当施加应力低于弹性极限时CJJ／T154-2020 建筑给水金属管道工程技术标准及条文说明.pdf，按公式（1)计算挠度y。

图3配有挠度测量用千分尺的加载夹具

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取自同一热处理批次且位置靠近的材料，并与四点弯曲试样具有相同取向。拉伸试样应是机加工的母 材试样，并按6.2.4打磨。 8.2.5当四点弯曲试样纵向应变值相当于轴向拉伸试验总应变（三次试验平均值）时Q／GDW 1597-2015 国家电网公司应用软件系统通用安全要求.pdf，即可获得所需的 试样加载挠度。

注：由于四点弯曲试样的应力梯度限制了变形，所以在四点弯曲测试中蠕变可能比预期的要小。

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