ASTM E 208鐵素體鋼無塑性轉變溫度落錘試驗方法1

1、名稱：E208-95a(2000再認可)鐵素體鋼無塑性轉變溫度落錘試驗方法 本標準以固定名稱e208出版；直接跟在名稱后面的數(shù)字表示最初采納的年份，假使修訂，表示最近修訂的年份。在括號內的數(shù)字表示最近再認可的年份。介紹由海軍研究實驗室發(fā)展而來在年的落錘試驗方法已廣泛使用于研究結構鋼脆性斷裂需要的起始條件。落錘試驗的設備已在好幾個海軍機構、研究機構和國內外的工業(yè)組織建立。本方法用來做工業(yè)組織規(guī)范的目的和被用于好幾個ASTM規(guī)范和ASTM鍋爐和壓力容器規(guī)范。本程序確保試驗操作在所有場合有共同的意義。1、 范圍1.1本試驗方法覆蓋厚度大于等于5/8英寸（15.9mm）鐵素體鋼零塑性轉變溫度(DNT)

2、的確定。1.2本試驗方法可以用于任何時候通過落錘試驗方法確定常承受斷裂韌性要求的鋼的研究、協(xié)議、定購或規(guī)范狀態(tài)。1.3標準規(guī)定數(shù)值用英寸磅單位。1.4本標準不涉及所有安全地方，如果有，把它的用途聯(lián)系在一起。有責任使用該標準建立適當?shù)陌踩徒】祽煤痛_定首次使用前調整限制的適用性。2、 術語2.1定義2.2.1鐵素體用從此之后鐵素體這個詞指-Fe鋼。這包括馬氏體、珠光體和所有其他非奧氏體鋼。2.2.零塑性轉變溫度（NDT）依據(jù)本試驗方法規(guī)定標準落錘試樣斷裂的最大溫度。3、 試驗方法概要.1落錘試驗使用特殊準備的簡支梁試樣，試驗前在試樣的拉伸面產生一個材料裂紋。試驗是通過給定材料的一系列試樣（通常

3、4-8個）在系列選定溫度下受單次沖擊載荷以確定單試樣斷裂的最大溫度。沖擊載荷由一個導向的，具有250-1200 fg-lbf(340-1630 J)能量的自由落體提供，能量依據(jù)鋼的屈服強度來確定。試樣被阻止而彎曲大于幾十英寸。3.2通常的系列試驗如下：在做好試樣的溫度條件準備后，初次落錘試驗的試驗溫度由靠近NDT溫度估算出。依據(jù)第一次的試驗結果，測試的其他試樣在合適的溫度間隔10F(5)下操作。在系列最低不斷裂溫度下重復一次試驗，以確定在此溫度不斷裂。3.3在1984年，該方法用于焊接焊縫起裂，從雙通過技術到目前單通過過程，在進行焊接修補焊接焊縫開裂是被禁止的。對于鋼的性能來說，易受到脆變溫度

4、的影響，零塑性轉變溫度可通過單通過焊接焊縫起裂獲得，而不可通過使用早期的雙通過焊接焊縫起裂獲得或起裂焊波被修理過。4、 意義和使用4.1用于缺口條件下的鐵素體鋼的斷裂強度轉變受溫度的顯著影響。對于一個給定“低”溫度，缺陷（凹口）的尺寸和尖銳決定了要求脆性斷裂開始的應力水平。試驗方法的意義是與建立溫度有關，（這里定義為NDT溫度），在“小裂紋”開始曲線,如圖1,隨著溫度的降低落入正常的屈服強度水平,也就是那一點標記為NDT如圖1.無顯著特點的斷裂分析圖顯示斷裂起始小裂紋尺寸的大約范圍在不同正常應力水平下，與NDT溫度參考一樣4.2起始斷裂要求的其他條件可以用廣義裂紋尺寸做出解釋,應力-溫度圖如圖

5、1所示.該圖來源于大量的試驗,起裂和止裂測試,象與通過落錘試驗建立的NDT溫度相關一樣。NDT概念的確定已被相關大量的發(fā)生在船舶，壓力容器，機械零件，鍛件和鑄鋼使用中破壞的文獻證實。.裝置.1落錘試驗機是基于容易可用的鋼結構產品而設計的。落錘試驗機的主要組成部件是一個垂直導向，自由落體和一個當堆焊道下落時提供給直角平面試樣加載的固定砧座。如圖說明了一個典型的落錘試驗機的標準結構形狀。5.2固定于基礎之上并處于垂直位置的導軌給重錘提供導向，重錘應該用合適的裝置支撐，使與導軌接觸，并確保它在單一垂直平面中下落。重錘可以通過簡便的方式提升。重錘釋放機理，功能類似于圖（b）,應該使重錘自由下落沒有影響

6、并很快釋放。重錘應該由一塊組成，或如果由幾塊組成，結構應牢固確保它沖擊試樣時作為一個單元動作。重錘的沖擊錘頭應由半徑為英寸（.4mm）、全斷面最小硬度為HRC的圓柱體鋼。重量應在至磅之間（.7至kg）。導軌和提升裝置應能提升重錘處于不同的固定位置并能獲得-1200ft-lbf(340 至J)的能量。5.3 安裝于導軌之下的水平基礎應能保持標準試樣要求的幾種類型砧座的精確位置。砧座導向應將終止臺的中心線的砧座放在沖擊錘頭中心線之下?？傊?，基座支撐導軌，但不是必需的?；惭b于穩(wěn)固的基礎之上?；A系統(tǒng)應足夠牢固，確保以正常的落錘能量（表1）在NDT溫度以上使標準試樣停止彎曲。在測試過程中基座不應跳

7、動或晃動，如有必要防止移動應確信基礎可靠。.4防護欄類似于圖（c），它能阻止脆性鋼斷裂成兩半時從設備中強有力的飛出。.5兩塊砧座的通用特征如圖。砧座應依圖的尺寸做成。砧座的支撐臺和終止臺應被鋼硬化，它們的整個橫斷面的最小硬度達到HRC,在兩個終止臺之間確保留有試樣上焊縫起裂的間隙。如果要求，終止臺可以由兩個分離塊組成。砧座基礎系統(tǒng)應足夠穩(wěn)固以阻止正常落錘能量（表）NDT溫度之上使試樣停止彎曲。.6測量系統(tǒng)應能保證每次試驗重錘從任何想要得高度釋放，限制在，以內。.7圖2顯示的是裝置的變體或落錘試驗機的集成細節(jié)，允許提供裝備功能的變體設備。圖表示一個輕便的設計用于不同制作部位的壓力容器組件的落錘試

8、驗。注意.1落錘試驗用于測量大于等于英寸（.9mm）的結構材料的脆性起始特征。本試驗不推薦用于小于英寸（.9mm）厚的鋼。2本試驗方法建立的標準試樣和條件以確定給定鋼的NDT溫度。在非標準測試條件使用標準試樣或者使用非標準試樣不應該用于規(guī)范的目的。.3本試驗方法是在試樣表面上使用一個小堆焊，其唯一目的是在試驗過程中在試樣的基體上提供一個小，分裂的缺口裂紋的起始脆性材料。大量的材料特性表明焊接起裂的堆焊形成的熱影響區(qū)比沒有影響的平板區(qū)有更大的脆性阻力。這種條件通過淬火和低溫回火獲得高硬度。這個問題可以避免通過在淬火和回火熱處理前在鋼表面堆焊形成裂紋啟動器。除在冶金學術語之外，（例如，在熱影響區(qū)形

9、成一個塑性改善區(qū)的深加工鋼的再結晶是可能的），熱影響區(qū)的問題不會在常規(guī)晶粒珠光體結構鋼或淬火和形成最大斷裂韌度的高溫回火鋼中遇到。表1 標準落錘測試條件試樣 類 型試樣尺寸英寸（mm）跨距英寸（mm）終止撓度英寸（mm）屈服強度水平ksi(Mpa)給定屈服強度水平的落錘能量英寸-磅焦耳P-1131/214（25.489356）12.0(305)0.3(7.6)30至50（210至340）60080050至70（340至480）800110070至90（480至620）1000135090至110（620至760）12001650P-23/425（1951127）4.0(102)0.06(1.5

10、)30至60（210至410）25035060至90（410至620）30040090至120（620至830）350450120至150（830至1030）400550P-35/825（15.951127）4.0(102)0.075(1.9)30至60（210至410）25035060至90（410至620）30040090至120（620至830）350450120至150（830至1030）4005507 測試樣品7.1材料識別所有取自給定板材、型材、鑄件、鍛件產品的樣品材料和試樣標識應與它們的母材信息（爐號、板號等）一致。一個簡單的鑒別系統(tǒng)應用來與獲得所有潛在信息的詳細說明表相結合。7

11、.2方向落錘對試樣的軋制和鍛造方向敏感。然而，除非經同意，來自買方的所有樣品標識應方向相同，并應在報告中注明。7.3與其他試樣的關系除非買方標識，試樣應取自用來評價別的材料性能的其他類型試驗位置的鄰近位置（如力學測試試樣）。7.4鍛造和鑄造的特殊條件鍛件或鑄件的落錘試驗的樣坯應從鑄件、鍛件的本體或本體的加長部位切?。灰部蓮呐c產品同爐號、生產工藝相同而單獨澆鑄的坯料上切取。坯料的厚度應與其最大壁厚相當。完整固定于凸出墊或用于制作試樣的延長部分的尺寸和位置應事先經過買方的同意。如果鍛件或鑄件的設計不允許附上的測試樣坯，應滿足以下要求：7.4.1當產品尺寸相當并經過買方同意滿足測試要求分離于鍛件和鑄

12、件試樣的尺寸與產品尺寸相當。7.4.2如果供方能夠證明于產品的化學成分、內部質量和冶金條件產品相當，試樣可以組取自單獨生產的測試樣坯。材料的加熱和制造應與產品的條件一樣。試樣切取的位置應事先得到買方的同意。7.4.3特別地，在鑄件要求X射線質量標準的情況下，單個的試樣應該分開鑄造，但與產品同時鑄造。不應使用冷鑄。測試樣品應與鑄件產品厚度T成正比，這里的T是該鑄件任何斷面的最大圓的直徑或者事先由買方定義如正常的設計厚度，如下厚度T,英寸（mm）非冷鑄的分開鑄造的試樣尺寸=1/2(12.7)無要求5/8至2（15.9 至50.8）當從一爐中澆注幾個小鑄件時，如果可能用其中的一個鑄件作為試件5/8至

13、1（15.9 至25.4）T25英寸 （127mm）對于不規(guī)則形狀鑄件1至3（25.4至76.2）T4.5T4.5T3至5（76.2至127）T3T3T超過5（127）T3T3T對于典型板材鑄件超過5（127）TT6T1/2對于典型板材鑄件7.4.4在斷裂面上顯示出鑄造或冶金缺陷的試樣應“測試無效”。尺寸單位試樣類型P1P2P3尺寸公差尺寸公差尺寸公差T,厚度英寸1.00.120.750.040.620.02mm252.5191.0160.5L,長度英寸14.00.55.00.55.00.5mm360101301013010W,寬度英寸3.50.12.00.042.00.04mm902.050

14、1.0501.0WL,焊接長度英寸2.511.751.01.751.0mm63.52544.52544.525.0注1：焊波的長度不是關鍵性的，在試樣的中心提供一個裂紋開啟的凹痕，當試樣完全彎曲焊波不接觸支撐裝置。7.5坯體尺寸標準要求的測試樣品的坯體尺寸如圖6所示。在10F(5)以內，使用任何一種標準試樣通過試驗確定給定鋼的的NDT溫度同樣重要的。對于特殊厚度材料可以很方便可以選擇圖6所示的任何一種標準試樣。，并準備在第7部分加以描述此方法。在標準測試條件獲得的結果應按照確定NDT溫度的要求做出。7.6試樣切割材料試樣和樣品端部可以火焰切割。試樣邊部應鋸切或機加工，使用足夠的冷卻液防止過熱，

15、離任何切割面最小為1英寸。產品比標準試樣厚時，應從一邊加工成標準試樣，保持一個原制作表面，除非有別的規(guī)定或事先經過買方的同意。在試驗過程中保持的原制作表面應是試樣的焊接（拉伸）面。7.7起裂焊接位于焊波中心位置的焊接起裂器大約2英寸長（如圖6的WL）、1/2英寸寬（12.7mm），堆焊在落錘試樣的原制作拉伸面應一次通過。為了幫助焊接操作者正好堆焊在測試樣品的中心，沖孔標記出圖6的WL的大致尺寸，位置應如圖7（a）的A和D。與選擇與沖孔標記不同，也可使用包含有中心夾縫的銅盤，1英寸*WL+1/2英寸（25mm*WL+13mm）如圖7（b）。焊接開始于點A或D,無中斷的進行像一串焊波（無迂回）到另

16、一點。焊波的外觀由電流、起弧電壓和移動速度決定。在合適條件下180到200A的電流，中等弧長和移動速度能產生一個適度的高密焊波。堆焊起裂器的放大圖如圖7（c）所示。對于P2和P3試樣在焊接過程中推薦使用一個吸熱裝置，但并不要求這些小試樣的微觀結構變化最小。7.7.1基體金屬的微觀結構現(xiàn)在的數(shù)據(jù)表明堆焊的焊波能對特別在熱處理鋼確定NDT溫度的焊接凹口下熱影響區(qū)產生影響。7.焊接凹口試樣的最后準備是在堆焊的焊波長度的中心開缺口。應小心確保只在堆焊層開缺口，切割工具不能接觸試樣表面。缺口的切割可以使用薄砂輪，如圖所示，或者其他方便的切割工具如機械鋸、弓鋸等，或者放電去除加工。焊接缺口的細節(jié)和典型的焊

17、接缺口例子如圖所示。.9焊接缺口深度的測量從焊接凸面起的缺口深度將隨焊接凸面尺寸而變化。由于留在試樣表面的厚度和缺口底部不是標準化的，缺口的深度不能測量，如圖所示。在試樣上的焊接厚度應保持與允許的焊波外形差不多。圖說明了一個測量焊接金屬缺口底部厚度的任意調節(jié)的裝置。當顯示器頂尖直接靠近接觸缺口試樣表面，可調節(jié)的刻度顯示器置零。然后放在焊接塊上面用顯示器的頂尖放在缺口底部直接測量焊接金屬厚度。在操作者準備幾個試樣獲得經驗后，儀器必須只是用于完成的缺口的最后檢查。710其他焊接起裂器落錘試驗的滿意程度完成依賴于由焊接缺口發(fā)展而來的“起裂”條件。示意圖如圖11，使裂縫開裂的試樣的終止距離，DC,，值

18、得注意小于可允許的砧座終止撓度DA, 標準厚度T，測試樣品的合適跨距S。仔細的準備和特殊的手握電極（在7.7中描述）已被成功的證明對所有高于大約400F（200）溫度起裂目的。如果其他的焊接材料象起裂器一樣也能在合適的高的測試溫度(試樣表面即刻發(fā)生屈服)發(fā)展解理裂紋，應該被認為是滿意地操作。不同于在7.7中描述的那樣，用于制作起裂器焊波的焊接材料滿足以下要求：7.10.1使用標準條件象表1規(guī)范那樣 ，三種標準試樣類型p2（3/4*2*5英寸）（19*51*127mm）應落錘測試在100F（55）或者在金屬板材的NDT溫度以上。7.10.2如果三個試驗焊接缺口總是裂在試樣拉伸表面的終止臺說明達到

19、了由合適的砧座阻止臺允許的最大量，其他的焊接起裂器應被審定并考慮符合這個方法的標準要求。7.10.3如果他們說明發(fā)展成解離裂紋在合適的高的測試溫度或在測試樣品的表面接近于屈服，不同于在7.7描述的焊接過程或者焊接起裂器的尺寸應被考慮滿意地像起裂器那樣執(zhí)行。例如，一個3/4英寸到1英寸長焊接起裂器堆焊在一個方向只在7.7描述的焊接條件和電極已成功用于類型P3試樣的焊接起裂器。短的焊接輸入到試樣的總熱量，被認為不太可能導致在低合金，高延伸壓力容器鋼試樣基體的冶金變化。對于類型P1試樣，使用7.7描述的標準起裂焊接獲得起裂目的短焊接不會得到重復性或再現(xiàn)性。不同于7.7描述的其他焊接過程或焊接起裂器尺

20、寸可能被用作給定標準類型（P1,P2,P3）試樣的起裂焊波，不保證按照7.10.1與按照7.10.2得到的結果一致。8程序通則8.1需要關心和考慮確定NDT溫度的落錘試驗成功。足夠的輔助裝置和定義的過程對做試驗有幫助。下面的部分詳細定義和按序制作裝置和過程要求：8.2進行試驗時，通過放試樣于熱或冷的裝置中直到它達到希望的溫度。然后將它以最短的時間放在砧座上并排放在落錘正好沖擊到他的地方。讓重物從一個已知的預選的高度落在試樣上。在撞擊后檢查試樣以確定它的條件與按本方法要求的要求一樣。重復這個過程，直到NDT溫度被測出。8.3確定NDT溫度所要求的試樣數(shù)量由材料的操作者的經驗和過程的足夠使用決定。

21、對已知材料有經驗的操作者能夠用少至3個試樣就能確定NDT溫度。通常，要求6到8個試樣。9.試樣砧序列9.1砧要求試驗時，每種落錘試樣類型只與依據(jù)表1設計的試樣類型的砧座一致。9.2試樣砧序列為了獲得有效的試驗適當?shù)呐帕性嚇佑谡枳?。對齊砧座、試樣和重錘，那么試樣在以下條件被撞擊:9.2.1試樣應水平并且端部由砧座支撐.9.2.2落錘的沖擊錘頭應撞擊在平行于試樣受壓邊,垂直于長邊并正好與焊接起裂器的缺口相反的100.1英寸(2.5mm)。.2.3在試驗過程中焊接起裂器沒有一個部分接觸終止臺。9.2.4試樣的邊部和兩端應在試驗期間免受任何阻礙。9.3對中工具圖12說明的可調節(jié)的技術已成功用于獲得校

22、證縱向和角度的試樣。在試樣的受壓表面畫一條垂直于縱邊和正對缺口相反方向的蠟筆線。將鉛筆放在砧上，以便該線與移動的導向棒的邊相符。將該棒逆著設備的橫桿放置，此時該邊定義為錘頭的觸發(fā)線。10.試驗能量的選擇10.1通過足夠能量的自由落錘沖擊試樣以使試樣足夠彎曲至焊接層開裂，使拉伸表面接觸設備的設計允許使用不同的沖擊能量以適應不同強度級的不同材料的試驗。表1說明的標準條件由經驗發(fā)展而來，應該使用于給定鋼的系列試驗，除非試驗操作無效。指示出的能量能由提升從離試樣的受壓表面要求的距離的重物獲得。10.2試樣的拉伸表面與終止臺的合適接觸應該定義如下：畫一條蠟筆線在標準試樣的拉伸表面平行并在堆焊層機加工缺口

23、的線上，如圖13（a）。使用修稿帶或類似的材料清潔砧座終止臺的頂表面，如圖13（b）。對齊試樣與砧座，對涉及鋼按表1的標準條件使用重錘沖擊一次。蠟筆線從試樣轉到修稿帶說明試樣足夠的彎曲（圖13（c）。以上的步驟以保證試樣的拉伸表面與終止臺的合適接觸，被認為是試驗方法的一種“內置”標準化特征，應應用于每個落錘試驗以排除象13.2.3和13.3描述的“無效”操作。10.3如果焊接開裂和砧阻止臺接觸標準不滿足表1的能量要求，對p1類型試樣按100英寸磅增加落錘能量、對p2和p3類型試樣按50英寸磅（60J）增加落錘能量直到滿足要求。不要使用列在表中之上的落錘能量，除非上面的過程隨后規(guī)定了超能量要求。

24、11試驗溫度的選擇11.1試驗溫度的選擇是基于用盡可能少的試樣找到試樣斷裂的較低溫度和不斷裂的較高溫度，然后在這些溫度之間以一定溫度間隔試驗直到限定斷裂與不斷裂的試驗溫度確定在10F (5)以內。當試驗通過這個操作試樣不斷裂的最高溫度就是NDT溫度。在判定為NDT點溫度之上10F (5)試驗，至少有兩個試樣不斷裂。11.2初始的試驗溫度估計接近于NDT溫度。這個溫度和所有的序列溫度應是10F (5)的整數(shù)倍。追加的試驗在基于操作者經驗或表2的這些建議進行。12 試樣溫度的測量12.1整個測試樣品試驗過程中應在一個已知的和均勻的溫度進行。如果試樣完全浸入在一個攪動液體內，已知溫度的常溫池和試樣相

25、鄰之間距離最小1英寸（25.4mm），試樣測試前保持至少45分鐘，那么可假定試樣的溫度應與池中的溫度相同。如果使用氣體熱交換介質，增加要求的保溫時間至60分鐘。如果能夠通過適當?shù)臏y試技術，如使用熱電偶安放在模擬測試樣品的中心，那么能夠說明試樣的平衡溫度能在較短的時間內發(fā)展，試驗者事經過買方的允許能夠減少試樣的保溫時間。恒溫池或者烤箱可以是任何一種類型用來攪動或者冷卻試樣到已知和均勻溫度。12.2使用校準到2F或1的設備測量池的溫度。12.3可以使用任何一種便利的方式從恒溫池中取出試樣，并傳送到測試設備預防不要影響試樣的溫度控制。如果使用鉗子，應將它放入溫度池維持到與試樣一樣溫度平衡。通常橡膠手

26、套是最便利的夾持工具。試樣應該從斷裂區(qū)搬運走。12.4如果試樣從保溫容器中取出至沖擊的時間應大于20s，那么應該認為失去溫度控制，試樣應返回池中。12.5對下面幾種類型浴池已經積累大量的經驗，為了方便在這兒描述，供試驗者任意選擇。一個深的、隔離的容器容納從1/2到10加侖（1.9到38升）的適合的熱交換液體如酒精，用較小手動調節(jié)在要求的試樣保持期間將維持給定的溫度。浸入一筐敞開的碎干冰或高功率的電熱器在容器中，它的溫度在短時間內能被緩慢的調整，或能降低或能升高至一個新的恒定溫度。對于低密度熱交換液體，一塊核桃尺寸大小的干冰加入容器中將下沉并劇烈的起泡并有助于攪動。如果使用這種浴池，應足夠深以完全浸沒試樣。經驗發(fā)現(xiàn)試樣一端立在容器內，另一端靠在容器壁上是最滿意的。試樣水平放在浴池中應放置一塊離底面至少1/4英寸（6.4mm）的隔板。如果多塊試樣放在浴池中，他們應該彼此相距至少1