ICS 77.040.10 CCS H 22 中华人民共和国国家标准 GB/T 42903—2023 金属材料 蠕变裂纹及蠕变-疲劳裂纹扩展 速率测定方法 Metallic materials-Testing methods for creep crack and creep-fatigue crackgrowthrates 2023-12-01实施 2023-08-06发布 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T42903—2023 目 次 前言 引言 1 范围 规范性引用文件 3 术语和定义 符号及说明 4 5 试验原理 6 一般要求 试验设备 7 试样 6 试验程序 11 10 试验结果处理 13 11 试验报告 4 附录A（规范性） 断裂力学参量计算方法 15 附录B（规范性） 蠕变-疲劳裂纹扩展速率描述模型 17 附录C（规范性） 焊接接头试样的断裂力学参量计算方法 19 附录D(资料性） 蠕变-疲劳小裂纹扩展速率测试方法 20 附录E（资料性） 位移测量装置 25 附录F（资料性） 直流电位法测定裂纹长度 27 附录G（资料性) 蠕变位移速率的计算方法 28 附录H（资料性） 推荐的数据处理方法 29 参考文献 30 GB/T42903—2023 前言 本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）归口。 本文件起草单位：华东理工大学、中机试验装备股份有限公司、钢研纳克检测技术股份有限公司、天 津大学、中国石油大学（华东）、冶金工业信息标准研究院、深圳万测试验设备有限公司、厦门市特种设备 检验检测院、力试（上海）科学仪器有限公司、中国联合重型燃气轮机技术有限公司、中国航发商用航空 发动机有限责任公司、中广核研究院有限公司、中国核动力研究设计院、宝山钢铁股份有限公司。 本文件主要起草人：张显程、谈建平、涂善东、轩福贞、高怡斐、董莉、马伟、陈刚、蒋文春、黄星、 邹志坚、王斌、李维、王继、卢荣生、王润梓、侯慧宁、王正东、马双伟、徐火力、段方苗、张成成、陈亚龙、 朱贺、杜娟、赵宇辰、曾飞、刘利强、方健、田根起、李一磊、张玉财、胡洪伟、高云霄、刘兰舟、林强、侍克献、 伏喜斌。 I GB/T42903—2023 引言 电力、炼化、治金以及航空等领域的设备呈现出服役温度提高、服役时间延长的发展趋势，使得蠕变 及蠕变-疲劳失效与预防控制问题更加凸显。由于制造工艺的限制，许多构件在使用之前就已经存在裂 纹或其他缺陷；同时，在服役期间构件的应力集中部位也很可能会有裂纹萌生。正是这些裂纹及其在蠕 变及蠕变-疲劳条件下的扩展造成了高温构件的失效，甚至引起灾难性的事故。为准确地评价带裂纹构 件的安全性和可靠性，需要测试材料的蠕变裂纹和蠕变-疲劳裂纹扩展性能 在恒定温度及静态或准静态载荷下，测定金属材料及焊接接头的蠕变裂纹起裂时间以及蠕变裂纹 扩展速率，试样类型为紧凑拉伸试样、C型拉伸试样、单边缺口拉伸试样、单边缺口弯曲试样、双边缺口 拉伸试样或中心缺口拉伸试样。通过数据处理获得裂纹扩展速率和断裂参量K或C*（C或C,）的关 系。对于蠕变脆性材料，采用K或C，表征裂纹扩展速率；对于蠕变延性材料，采用断裂参量C*（Ct 或C，）表征裂纹扩展速率。 在恒定温度及单轴循环载荷下，测定金属材料的蠕变-疲劳裂纹扩展速率，测试试样为紧凑拉伸试 样。通过数据处理获得裂纹扩展速率和断裂参量△K或（C.）ag的关系。对于蠕变脆性材料，采用应力 强度因子范围△K表征蠕变-疲劳裂纹扩展速率da/dN；对于蠕变延性材料，采用断裂参量平均值 （Ct）ag表征循环保载时的平均裂纹扩展速率（da/dt）avg。 Ⅱ GB/T42903—2023 金属材料蠕变裂纹及蠕变-疲劳裂纹扩展 速率测定方法 1范围 本文件规定了金属材料螨变裂纹及变-疲劳裂纹扩展速率试验相关的符号和说明、试验原理、试 样设计、试验程序、试验结果处理及试验报告。 本文件适用于在恒定温度时静态或准静态载荷下，测定金属均质材料及金属焊接接头的蠕变裂纹 起裂时间以及蠕变裂纹扩展速率；在恒定温度时单轴循环载荷下，测定金属均质材料的蠕变-疲劳裂纹 扩展速率。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于 本文件。 GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T12160金属材料单轴试验用引伸计系统的标定 测力系统的检验与校准 GB/T 16825.2 静力单轴试验机的检验第2部分：拉力蠕变试验机施加力的检验 GB/T25917.1 单轴疲劳试验系统第1部分：动态力校准 GB/T 34104 金属材料试验机加载同轴度的检验 JJF1637 廉金属热电偶校准规范 JJG 141 工作用贵金属热电偶 JJG 276 高温蠕变、持久强度试验机 JJG556 轴向加力疲劳试验机 JJG617 数字温度指示调节仪 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 蠕变裂纹扩展速率creepcrackgrowthrate da /dt 恒定温度和载荷下单位时间内的裂纹长度变化量。 3.2 蠕变-疲劳裂纹扩展速率 creep-fatigue crack growth rate NP/DP 恒定温度和带保载的循环载荷下单个循环内的裂纹长度变化量。 1 GB/T42903—2023 3.3 平均裂纹扩展速率 average crack growth rate (da /dt )avg 蠕变-疲劳循环加载中不计疲劳裂纹长度变化量后的平均裂纹长度变化量。 3.4 加载线位移 load-line displacement SLLD 试验过程中过加载点沿加载方向的位移。 3.5 裂纹嘴张开位移 crackmouth opening displacement SCMOD 试验过程中裂纹嘴垂直于裂纹面的张开位移 3.6 回路积分 loopintegral C() 绕裂纹尖端从裂纹的一个自由面到另一个自由面的围线积分， 注1：见图1，用于表征物体在大范围蠕变条件下任一时刻裂纹前沿局部应力和应变率场。 注2：在X-Y平面内裂纹尖端平行Z轴的线性积分Cit见公式（1)： du C(o) Wdy-T. ds ....(1) ar 式中： Wit 单位体积瞬时应力功或能量率； 围绕（即包含）裂纹尖端的积分路径； T 在ds上外部拉应力矢量； i 一在ds上位移速率矢量； ,y 直角坐标系； sp 轮廓回线上的增量； ne T ds 沿T进入闭合曲面应力能率。 ar 标引序号说明： 一裂纹。 1- 图1裂纹尖端积分路径示意图 2 GB/T42903—2023 3.7 蠕变裂纹起裂时间 creep crack initiation time ti 初始蠕变裂纹扩展至0.2mm所对应的时间。 4 符号及说明 本文件所使用的符号及说明见表1。 表1符号及说明 符号 说明 单位 A 稳态蠕变幂律本构系数 1/(MPa"h) a 裂纹长度 mm ar 最终裂纹长度 mm apf 最终裂纹长度预测值 mm 初始裂纹长度 mm B 试样厚度 mm B. 侧槽试样的净厚度 mm C. 蠕变条件下，裂纹尖端断裂参量 MPam/h (C.)avg 保载过程中C.的平均值 N/(mmh) c* 蠕变断裂参量，C,和Cin的统称 MPam/h Cio 大范围蠕变条件下，裂纹尖端断裂参量 MPam/h D 加载杆螺纹外径 mm Di Ramberg-Osgood本构系数 da/dN 蠕变-疲劳裂纹扩展速率 mm/cycle (da /dN)eyele 蠕变-疲劳裂纹扩展速率中循环相关的裂纹扩展速率 mm/cycle (da /dN)dwell 蠕变-疲劳裂纹扩展速率中保载时的裂纹扩展速率 mm/cycle da /dt 蠕变裂纹扩展速率 mm/h (da / di)avg 平均裂纹扩展速率 mm/h E 弹性模量 MPa f 加载频率 Hz H 与蠕变幂律本构指数和试样形状尺寸相关的函数 一 J J积分塑性分量 MPamm K 应力强度因子 MPaml/2 K. 侧槽试样的应力强度因子 MPaml/2 L 试样半高 mm M 焊接强度失配因子，焊缝材料和母材屈服强度的比值 m Ramberg-Osgood本构指数 N 疲劳循环周次 cycle n 稳态变幂律本构指数 3