標準編號:	GB/T 6398-2017
中文名稱:	金屬材料 疲勞試驗 疲勞裂紋擴展方法
英文名稱:	Metallic materials--Fatigue testing--Fatigue crack growth method
中標分類:	H22    金屬力學性能試驗方法
行業分類:	GB    國家標準
ICS分類:	77.040.10 77.040.10    金屬材料力學試驗 77.040.10
發布機構:	中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 中國國家標準化管理委員會
發布日期:	2017-07-12
實施日期:	2018-4-1
標準狀態:	valid
替代舊標準:	GB/T 6398-2010 GB/T 6398-2000 金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法
翻譯語言:	英文
文件格式:	PDF
中文字符數:	44000 字
翻譯價格(元):	2600.0
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Codeofchina.com is in charge of this English translation. In case of any doubt about the English translation, the Chinese original shall be considered authoritative. This standard is developed in accordance with the rules given in GB/T 1.1-2009. This standard replaces GB/T 6398-2000 Standard Test Method for Fatigue Crack Growth Rates of Metallic Materials; the following technical changes have been made with respect to GB/T 6398-2000 (the previous edition): ——The application scope of the standard is modified (see Chapter 1); ——The "Normative References" is modified (see Chapter 2); ——The symbols and definitions are modified, which are divided into two chapters, i.e., terms anddefinitions as well as symbols and description (see Chapters 3 and 4; Chapter 3 of Edition 2000); ——The specimen type is modified (see Chapter 5; Chapter 4 of Edition 2000); ——The test equipment requirements are modified (see Chapter 6; Chapter 5 of Edition 2000); ——The test procedure requirements are modified; in this standard, the requirements of test process are stated in Chapter 7 "Test Procedure" and Chapter 8 "Crack Length Measurement"; ——The requirements for test result treatment and calculation are modified (see Chapter 9; Chapter 7 and Chapter 8 of Edition 2000); ——The criteria for effectiveness test data, the criteria requirements for effectiveness test data of high-stress stiffening material and the content in the part of stress intensity factor calculation are deleted; ——The Annex A of the former standard is deleted; the Annex D of the former standard is adopted as Annex A (Informative) of this standard; the Annex E of the former standard is adopted as Annex D (Informative) of this standard; the Annex F of the former standard is adopted as Annex E (Informative) of this standard; the requirements of test procedure of fatigue crack growth rate in water-bearing media in Annex C (Informative) of this standard are added. This standard has been redrafted and modified in relation to ISO 12108: 2012 Metallic Materials - Fatigue Testing - Fatigue Crack Growth Method. The main structures are consistent with that of the international standard. Modification and supplementation in the following aspects have been made in this standard with respect to ISO 12108: 2012, and the clauses modified or supplemented in main body have been marked with perpendicular single line at the margin: ——For normative references, this standard covers adjustment on technical differences so as to adapt to technical conditions in China, which is centralizedly reflected in Chapter 2 "Normative References"; specific adjustment is as follows: GB/T 25917 modified in relation to international standard is used to replace ISO 4965.1 (see 6.1.1); GB/T 10623 is cited (see Chapter 3); GB/T 16825.1 is cited (see 6.1.3); ISO 23788 is cited (see 6.1.2). ——The term and definition of precrack length are added (see 3.20); ——Error in ISO 12108: 2012 has been corrected, " is commonly defined as being the value of ΔK corresponding to a crack growth rate equal to mm/cycle" in ISO 12108: 2012 is changed as " is commonly defined as being the value of ΔK corresponding to a crack growth rate equal to mm/cycle" (see 9.3); ——In order to keep consistent with new international standard ISO 23788 Metallic Materials - Verification of the Alignment of Fatigue Testing Machines, the requirements of testing machine coaxiality are modified (see 6.1.2 and 5.1.2 of ISO 12108: 2012); ——According to calculation formula of loading coaxality in ISO 23788, the calculation formula of bending strain in international standard is deleted (see 6.1.2 and 5.4.5 of ISO 12108: 2012). The following editorial changes are also made in this standard: ——The sequence of Chapter 5 "Apparatus" and Chapter 6 "Specimens" in ISO 12108: 2012 is adjusted; ——Annex B (informative) "Non-visual Crack Length Measurement Methodology - Compliance Method" is added; ——Annex C (informative) "Special Requirements for Determination of Fatigue Crack Growth in Water-bearing Media" is added; ——Annex D (informative) "Method for Determination of Small Fatigue Crack Growth" is added; ——Annex E (informative) "Method for Determination of Fatigue Crack Tension" is added; ——All formulae in the standard are numbered. This standard was proposed by China Iron and Steel Association. This standard is under the jurisdiction of SAC/TC 183 National Technical Committee on Iron and Steel of Standardization Administration of China. The previous editions of this standard replaced by this standard are as follows: ——GB/T 6398-1986 and GB/T 6398-2000. Metallic Materials - Fatigue Testing - Fatigue Crack Growth Method 1 Scope This standard describes tests for determining the fatigue crack growth rate from the fatigue crack growth threshold stress-intensity factor range, , to the onset of rapid, unstable fracture. This standard is primarily intended for use in evaluating isotropic metallic materials under predominantly linear-elastic stress conditions and with force applied only perpendicular to the crack plane (mode I stress condition), and with a constant stress ratio, R. 2 Normative References The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies. GB/T 10623 Metallic Material - Mechanical Testing – Vocabulary (GB/T 10623-2008; ISO 23718: 2007, MOD) GB/T 16825.1 Verification of Static Uniaxial Testing Machines - Part 1: Tension/Compression Testing Machines - Verification and Calibration of the Force-measuring System (GB/T 16825.1-2008; ISO 7500-1: 2004, IDT) GB/T 25917 Axial force-applied Fatigue Testing Machines Dynamic Force Calibration (GB/T 25917-2010; ISO 4965: 1979, MOD) ISO 23788 Metallic Materials - Verification of the Alignment of Fatigue Testing Machines 3 Terms and Definitions For the purposes of this document, the terms and definitions given in GB/T 10623 and the following apply. 3.1 crack length a linear measure of a principal planar dimension of a crack from a reference plane to the crack tip Note: This is also called crack size. 3.2 cycle N smallest segment of a force-time or stress-time function which is repeated periodically Note: The terms “fatigue cycle”, “force cycle” and “stress cycle” are used interchangeably. The letter N is used to represent the number of elapsed force cycles. 3.3 fatigue crack growth rate da/dN extension in crack length 3.4 maximum force force having the highest algebraic value in the cycle; a tensile force being positive and a compressive force being negative 3.5 minimum force force having the lowest algebraic value in the cycle; a tensile force being positive and a compressive force being negative 3.6 force range the algebraic difference between the maximum and minimum forces in a cycle 3.7 force ratio R algebraic ratio of the minimum force to maximum force in a cycle R= Notes: 1 R is also called the stress ratio. 2 R may also be calculated using the values of stress-intensity factors: R= . 3.8 stress-intensity factor K magnitude of the ideal crack-tip stress field for the opening mode force application to a crack in a homogeneous, linear-elastically stressed body, where the opening mode of a crack corresponds to the force being applied to the body perpendicular to the crack faces only (mode I) Note: The stress-intensity factor is a function of applied force, crack length, specimen size and geometry. 3.9 maximum stress-intensity factor highest algebraic value of the stress-intensity factor in a cycle, corresponding to Fmax and current crack length 3.10 minimum stress-intensity factor lowest algebraic value of the stress-intensity factor in a cycle, corresponding to Fmin and current crack length Note: When R≥0, this definition remains the same, regardless of the minimum force being tensile or compressive. For R < 0, there is an alternate, commonly used definition for the minimum stress-intensity factor, = 0. 3.11 stress-intensity factor range algebraic difference between the maximum and minimum stress-intensity factors in a cycle Notes: 1 The force variables ΔK, R and are related as follows: . 2 For R ≤ 0 conditions, see 3.10 and 10.6. 3 When comparing data developed under R ≤ 0 conditions with data developed under R > 0 conditions, it may be beneficial to plot the da/dN data versus . 3.12 fatigue crack growth threshold asymptotic value of ΔK for which da/dN approaches zero Note: For most materials, the threshold is defined as the stress-intensity factor range corresponding to 10^(-7) mm/cycle. When reporting , the corresponding da/dN data used in its determination should also be included. 3.13 normalized K-gradient C=(1/K)dK/da fractional rate of change of K with increased crack length C=1/K(dK/da)=1/Kmax (d Kmax /da)=1/ Kmin (d Kmin /da)=1/ Δ(dΔK /da) 3.14 K-decreasing test test in which the value of the normalized K-gradient, C, is negative Note: A K-decreasing test is conducted by reducing the stress-intensity factor either by continuously shedding or by a series of steps, as the crack grows. 3.15 K-increasing test test in which the value of C is positive Note: For standard specimens, a constant force amplitude results in a K-increasing test where the value of C is positive and increasing. 3.16 geometry function g(a/W) mathematical expression, based on experimental, numerical or analytical results, that relates the stress-intensity factor to force and crack length for a specific specimen configuration 3.17 crack-front curvature correction length difference between the average through-thickness crack length and the corresponding crack length at the specimen faces during the test 3.18 fatigue crack length length of the fatigue crack, as measured from the root of the machined notch Note: See Figure 8. 3.19 notch length the length from load line to root of the machined notch for CT or CCT specimen or from notch side edge to root of the machined notch for SENB or SENT specimen 3.20 precrack length precrack length generated in fatigue loading and not participating in crack propagation rate calculation, which is used to eliminate the effects of machined notch on crack propagation rate 4 Symbols and Abbreviated Terms 4.1 Symbols The symbols and designations used in this standard are shown in Table 1. Table 1 Symbols and Their Designations Symbol Designation Unit Loading C Normalized K-gradient E Tensile modulus of elasticity MPa F Force kN Maximum force kN Minimum force kN Force range kN K Stress-intensity factor MPa· Maximum stress-intensity factor MPa· Minimum stress-intensity factor MPa· ΔK Stress-intensity factor range MPa· Initial stress-intensity factor range MPa· Fatigue crack growth threshold stress-intensity factor range MPa· N Number of cycles — R Force ratio or stress ratio — Ultimate tensile strength at the test temperature MPa 0.2 % proof strength at the test temperature MPa Geometry a Crack length or size measured from the reference plane to the crack tip mm Crack-front curvature correction length mm Fatigue crack length measured from the notch root mm Machined notch length Mm Precrack length Mm B Specimen thickness Mm D Hole diameter for CT, SENT or CCT specimen, loading tup diameter for bend specimens Mm g (a/W) Stress-intensity factor geometry function — h Notch height mm W Specimen width, distance from reference plane to edge of specimen mm (W-a) Minimum uncracked ligament mm Crack growth da/dN Fatigue crack growth rate mm/cycle Change in crack length, crack extension mm 4.2 Abbreviated Terms for Specimen Identification CT Compact tension CCT Centre cracked tension SENT Single edge notch tension SENB3 Three-point single edge notch bend SENB4 Four-point single edge notch bend SENB8 Eight-point single edge notch bend 5 Specimens 5.1 General Proportional dimensions of six standard specimens: a compact tension (CT); a centre cracked tension (CCT) and three-, four- and eight-point single edge notch bends [(SEN B3), (SEN B4) and (SEN B8)]; and single edge notch tension (SENT) are presented in Figures 1~6, respectively. Machining tolerances and surface finishes are also given. A variety of specimen configurations is presented to accommodate the component geometry available and test environment and/or force application conditions during a test. The CT, SEN B3 and SEN B4 specimens are recommended for tension-tension test conditions only. The specimen shall have the same metallurgical structure as the material for which the crack growth rate is being determined. The test specimen shall be in the fully machined condition and in the final heat-treated state that the material will see in service.

Foreword i 1 Scope 2 Normative References 3 Terms and Definitions 4 Symbols and Abbreviated Terms 5 Specimens 6 Apparatus 7 Test Procedure 8 Crack Length Measurement 9 Calculations 10 Test report Annex A (Informative) Non-visual Crack Length Measurement Methodology - Electric Potential Difference[4][6][14] Annex B (Informative) Non-visual Crack Length Measurement Methodology - Compliance Method Annex C (Informative) Special Requirements for Determination of Fatigue Crack Growth in Water-bearing Media Annex D (Informative) Method for Determination of Small Fatigue Crack Growth Annex E (Informative) Method for Determination of Fatigue Crack Tension Bibliography

金屬材料疲勞試驗疲勞裂紋擴展方法 1 范圍 本標準規定了應力強度因子范圍從疲勞裂紋擴展門檻值 至快速失穩開裂起始前的疲勞裂紋擴展速率的測定方法。 本標準適用于測量各向同性的金屬材料在線彈性應力為主、并僅有垂直于裂紋面的作用力(I型應力條件)和固定應力比R條件下的裂紋擴展速率。 2規范性引用文件 下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。 GB/T 10623金屬材料力學性能試驗術語(GB/T 10623-2008，ISO 23718：2007，MOD) GB/T 16825.1靜力單軸試驗機的檢驗第1部分:拉力和(或)壓力試驗機測力系統的檢驗與校準(GB/T 16825.1-2008，ISO 7500-1:2004，1DT) GB/T 25917軸向加力疲勞試驗機動態力校準(GB/T 25917-2010，ISO 4965:1979，MOD) ISO 23788金屬材料疲勞試驗機同軸度校準(Metallic materials—Verification of the alignment of fatigue testing machines) 3術語和定義 GB/T 10623界定的以及下列術語和定義適用于本文件。 3.1 裂紋長度 crack length a 從參考平面到裂紋尖端的主平面尺寸的線性量度。 注:也稱裂紋尺寸。 3.2 循環 cycle N 循環性重復作用的力、應力等最小的時間段。 注：術語“疲勞循環”、“力循環”和“應力循環”可互相替代使用，字母N用于表示經歷的力循環次數。 3.3 疲勞裂紋擴展速率fatigue crack growth rate da/dN 單位循環對應的疲勞裂紋長度的擴展量。 3.4 最大力maximum force 力在循環中的最大代數值，拉向載荷為正，壓向載荷為負。 ? 3.5 最小力minimum force 力在循環中的最小代數值，拉向載荷為正，壓向載荷為負。 3.6 力值范圍force range 在某循環中最大力與最小力的代數差。 3.7 力值比 force ratio R 在某循環中最小力與最大力之比。 R= 注1：R也叫應力比。 注2：R也可以用應力強度因子的值進行計算：R= 。 3.8 應力強度因子stress-intensity factor K 均勻線彈性應力體只在垂直裂紋面上受力的張開型加載模式(I型)理想裂紋尖端應力場的量值。 注：應力強度因子是力、裂紋長度、試樣的形狀和尺寸的函數。 3.9 最大應力強度因子maximum stress-intensity factor 在某循環中對應于最大力和當前裂紋長度的應力強度因子最大代數值。 3.10 最小應力強度因子minimum stress-intensity factor 在某循環中對應于最小力和當前裂紋長度的應力強度因子最小代數值。 注:當力值比R≥0時，無論最小力為拉力還是壓力，定義仍然相同；當力值比R<0時，通常定義最小應力強度因子 =0。 3.11 應力強度因子范圍stress-intensity factor range 在某循環中最大和最小應力強度因子的代數差。 注1：力值變量的參數ΔK，R和 的關系如式表示： 。 注2：力值比R≤0時，見3.10和10.6。 注3：比較R≤0條件下和R>0條件下得到的數據，有利于繪制da/dN數據對 的圖。 3.12 疲勞裂紋擴展門檻值fatigue crack growth threshold 裂紋擴展速率da/dN趨于0時，ΔK的漸進線的值。 ? 注：對于大多數材料，門檻值定義為對應10^(-7)mm/cyc的應力強度因子范圍。報告 時，注明門檻值對應的da/dN值。 3.13 規則化的K梯度normalized K-gradient C=(1/K)dK/da K隨著裂紋長度增加而變化的比率。 C=1/K(dK/da)=1/Kmax (d Kmax /da)=1/ Kmin (d Kmin /da)=1/ Δ(dΔK /da) 3.14 降K試驗K-decreasing test 規則化的K梯度值C為負值的試驗。 注：降K試驗在裂紋擴展期間連續降低或逐級減小應力強度因子。 3.15 增K試驗K-increasing test 規則化K梯度C為正值的試驗。 注:標準試樣的恒幅載荷試驗是增K試驗，其規則化K梯度值C是正值并在試驗中增加。 3.16 形狀因子geometry function g(a/w) 基于試驗數值分析的結果，將應力強度因子與力，指定試樣類型的裂紋長度聯系在一起的數學表達式。 3.17 裂紋曲率修正長度crack-front curvature correction length 試驗過程中貫穿試樣厚度的平均裂紋長度與試樣表面的裂紋長度之差 3.18 疲勞裂紋長度fatigue crack length 試驗過程中貫穿試樣厚度的平均裂紋長度與試樣表面的裂紋長度之差。 3.18 疲勞裂紋長度 fatigue crack length 從機加工缺口根部測量的疲勞裂紋長度。 注:見圖8。 3.19 缺口長度notch length 對于緊湊拉伸試樣(CT)、中心裂紋拉伸試樣(CCT)，從加載線到機加工缺口根部的長度；對于彎曲試樣SENB、單邊缺口拉伸試樣SENT，從缺口側邊到機加工缺口根部的長度。 3.20 預裂紋長度 precrack length 為消除機加工缺口對裂紋擴展速率的影響，通過疲勞加載方式產生，不參與裂紋擴展速率計算的預制裂紋長度。 4符號和縮寫 4.1符號 本標準采用符號和說明見表1。 ? 表1符號和說明 符號 說明 單位 加載 C 規則化K梯度 E 拉伸彈性模量 MPa F 力 kN 最大力 kN 最小力 kN 力值范圍 kN K 應力強度因子 MPa· 最大應力強度因子 MPa· 最小應力強度因子 MPa· ΔK 應力強度因子范圍 MPa· 初始應力強度因子 MPa· 疲勞裂紋擴展應力強度因子范圍門檻值 MPa· N 周次 — R 力值比或應力比 — 試驗溫度下的抗拉強度 MPa 試驗溫度下的0.2%規定塑性延伸強度 MPa 幾何尺寸 a 從參考面到裂紋尖端測量的裂紋長度或尺寸 mm 裂紋前緣曲率修正長度 mm 從缺口根部測量的疲勞裂紋長度 mm 機加工缺口長度 Mm 預裂紋長度 Mm B 試驗厚度 Mm D CT、SENT或者CCT試樣的孔徑，彎曲試樣的加載錘頭直徑 Mm 應力強度因子形狀參數 — H 缺口寬度 mm W 試樣寬度，從基準面到試樣邊緣的距離 mm (W-a) 最小未預裂紋韌帶 mm 裂紋擴展 da/dN 疲勞裂紋擴展速率 mm/cycle 裂紋長度變化量，裂紋擴展量 mm 4.2試樣類別的縮寫 CT緊湊拉伸試樣 CCT中心裂紋拉伸試樣 SENT單邊缺口拉伸試樣 SENB3三點彎曲試樣 SENB4四點彎曲試樣 SENB8八點彎曲試樣 5試樣 5.1概述 圖1~圖6分別給出了6種標準試樣的比例尺寸：CT；CCT；SENB3、SENB4、SENB8；SENT；同時給出了各標準試樣的機加工公差和表面粗糙度要求。可根據待測材料的不同幾何形狀、試驗環境以及試驗過程中的加載條件選擇合適的試樣類型。CT、SENB3和SENB4試樣只適用于拉-拉試驗條件。待測試樣的材料應具有相同的金相組織。試樣應按服役最終熱處理制度處理，并進行完整的機加工。 表面粗糙度單位：微米 注1:機加工缺口位于中心線±0.002W以內。 注2:表面平行度和垂直度在0.002W以內。 注3:裂紋長度以加載孔中心線作為基準面進行測量。 注4：該試樣類型僅適用于力值比R>0的試驗。 a基準面； b詳細缺口尺寸見圖8； c推薦厚度:W/20≤B≤W/2； d推薦最小尺寸W=25mm和 =0.2W。 圖1標準緊湊拉伸試樣(CT) ? 表面粗糙度單位:微米 注1：機加工缺口位于中心線±0.002W以內。 注2：表面的平行度為±0.05mm/mm。 注3：表面的平直度不大于0.05mm。 注4：裂紋長度以試樣縱向中心線作為基準面進行測量。 注5：U型夾具和銷軸的配套夾具不適用于力值比R<0的試驗。 注6：力值比R<0的可以采用如圖10所示的特定夾持裝置。 a 缺口尺寸見圖8； b D=2W/3； c 基準面。 圖2標準中心裂紋拉伸銷孔試樣(CCT，2W≤75mm) 表面粗糙度單位：微米 注1：機加工缺口在中性線±0.005W以內。 注2：表面平行度和垂直度在0.002W以內。 注3：裂紋長度以包含初始V型缺口的側面為基準面進行測量。 注4：該試樣類型僅適用于力值比R>0的試驗。 a缺口詳細尺寸見圖8； b基準面； c推薦厚度：0.2W≤B≤W； d D≥W/8。 圖3標準單邊缺口三點彎曲試樣(SENB3) ? 表面粗糙度單位：微米 注1：機加工缺口在中性線±0.005W以內。 注2：表面平行度和垂直度在0.002W以內。 注3：裂紋長度以包含初始V型缺口的側面為基準面進行測量。 注4：該試樣類型僅適用于力值比R>0的試驗。 a缺口詳細尺寸見圖8； b基準面； c推薦厚度：0.2W≤B≤W； d D≥W/8。 圖4標準單邊缺口四點彎曲試樣(SENB4) 表面粗糙度單位：微米 注1：機加工缺口在中心線±0.005W以內； 注2：表面平行度和垂直度在0.002W以內； 注3：裂紋長度以包含初始V型缺口的側面為基準面進行測量； 注4：該試樣類型適用于力值比R≤0的試驗，避免由于夾持產生后坐力和附加彎矩。 a缺口詳細尺寸見圖8； b基準面； c推薦厚度：0.2W≤B≤W； d D≥W/8。 圖5標準單邊缺口八點彎曲試樣(SENB8) 表面粗糙度單位：微米 注1：機加工缺口位于中心線±0.005W(總參考值c)以內； 注2：表面的垂直度和平行度在±0.002W以內； 注3：裂紋長度以包含初始V型缺口的側面為基準面進行測量； 注4：該試樣類型推薦用于力值比R>0的試驗。 aD=W/3； b缺口詳細尺寸見圖8； c基準面； d推薦厚度：B≤0.5W； e總參考值。 圖6標準單邊缺口拉伸試樣(SENT) 5.2裂紋面方向 圖7所示的裂紋面取向與產品的特性方向有關。連字符前的字母表示垂直于裂紋面的加載方向；連字符后的字母表示預期的裂紋擴展方向。對于鍛材，X方向通常表示主變形方向，Y表示最小變形方向，Z表示第三正交方向。如果試樣方向與產品特性方向不一致，則用連字符前面的兩個字母和后面的字母來分別表示裂紋面法向和預期裂紋擴展方向。 注：對于矩形橫截面的鍛材，通常使用不同的標識方法，用L表示主變形方向(最大晶粒流)，T表示最小變形方向，S代表第三正交方向。 與晶粒流動方向一致 圖7裂紋面方向表示 ? 與晶粒流動方向不一致 徑向晶粒流動方，軸向加工方向 軸向晶粒流動，徑向加工方向 a晶粒流動方向。 圖7(續) 5.3預制初始裂紋要求 圖8給出了各種不同的機加工缺口和最小疲勞預裂紋的要求。 ? 為保證裂紋長度的精確測量，采用柔度法測定裂紋長度時，CCT試樣的最小缺口長度2an應大于或等于0.2W。 試樣缺口可通過銑切、線切割或其他方式加工而成。圖8給出了各種不同的缺口幾何形狀。為便于預制出合格的疲勞裂紋，建議在熱處理后進行線切割加工，缺口根部曲率半徑小于或等于0.08mm(在預制出合格的疲勞裂紋的前提下曲率半徑可以稍大些)；銑切的人字形缺口及其他加工的缺口形狀其根部曲率半徑小于或等于0.25mm。 試樣類型 缺口長度an 最大缺口寬度h 最小預裂紋長度ap CT CCT SENB 0.1W≤an≤0.15W W≤25：h≤1 mm； W>25：h=W/16 ap≥ +h；ap≥an+1 mm； ap≥an+0.1B中最大值 CT試樣：ap≥0.2W 注1：裂紋長度從基準面開始測量； 注2：缺口高度應該盡可能小； 注3：CCT試樣中半徑r<0.05W的小孔可以不加工。 a基準面； b根部半徑。 圖8缺口尺寸和最小疲勞預制裂紋要求 5.4應力強度因子 5.4.1概述 所有標準試樣的應力強度因子采用式(1)計算： （1） 5.4.2~5.4.7給出了每種標準試樣的形狀因子g(a/W)的計算公式。 5.4.2CT試樣 CT試樣的形狀因子的計算按式(2)： （2） 式中： a=a/W，0.2≤a/W≤1.0時等式有效，見圖1。 5.4.3CCT試樣 CCT試樣的形狀因子的計算按式（3）[6] [7] [8]： （3） 式中弧度θ=πa/2W，0HRC40)制作[5]。 a基準面； b機加工缺口，an。 圖12裂紋的有效區域 6.6裂紋長度的測量裝置 6.6.1概述 試驗過程中裂紋長度測量的準確度非常重要。有很多種基于目測法和非目測法的測量裝置來測量裂紋長度。參考文獻[8]里簡述了多種裂紋長度的測量方法。9.1要求的實際裂紋長度應是貫穿厚度的平均裂紋長度。 ? 6.6.2裂紋長度的非目測法測量 有很多種非目測法測量技術。大多數方法可以實現自動數據采集和計算平均裂紋長度，如果存在裂紋前緣曲率可以通過平均裂紋長度來反映。裂紋張開位移柔度技術[16] [17] [18]的、交流和直流電位技術(EPD) [19] [20] [21]，背面應變技術[16] [22] ，側面金屬箔片技術[23] [24] [25]，都能滿足8.1規定的分辦率要求。附錄A提供了采用電位法EPD確定裂紋長度的方法，附錄B提供了采用柔度法確定裂紋長度的方法。 6.6.3裂紋長度的目測法測量 在過去，最常用的裂紋長度目測法測量技術是使用依靠螺紋傳動的低倍顯微鏡(放大倍率為20倍~50倍)。該方法在試驗過程中測量表面裂紋長度，并在試驗結束后根據實際的貫穿厚度裂紋尺寸進行修正，參見9.1。 7試驗步驟 7.1預制疲勞裂紋 7.1.1預制疲勞裂紋的目的是制造一個足夠長并且尖銳的平直裂紋，從而使K標定計算式不受機加工初始缺口形狀的影響，也使后續進行的裂紋擴展速率試驗不受裂紋前端形狀變化或預制裂紋力變化的影響。 7.1.2通常選用盡可能小的最大應力強度因子Kmax，進行疲勞裂紋預制。如果已知被測材料引起斷裂的臨界應力強度因子近似值，可以用臨界應力強度因子的30%~60%作為初始Kmax。如果在30000~50000個循環周次內沒有萌生裂紋，可以將Kmax提高10%繼續進行裂紋預制。預制裂紋結束時的Kmax不能超過裂紋擴展試驗初始Kmax。 7.1.3通常情況下，預制疲勞裂紋階段用于裂紋萌生時選擇的應力強度因子大于裂紋擴展速率試驗時的Kmax。在這種情況下，應當逐級降低預制裂紋時的最大力。當手動控制預裂紋產生時，建議應力強度因子Kmax每級下降不超過10%。另外，推薦每級應力強度因子下的裂紋擴展長度至少要達到式(13)的計算值[4]。 (13) 式中: ——前一級預制裂紋結束時的最大應力強度因子。 7.1.4當進行高力值比試驗時，采用比裂紋擴展試驗初始階段更低的Kmax和力值比更容易產生預制裂紋。 7.1.5預制裂紋的設備應具備在試樣缺口上對稱加載的能力，最大力準確度的誤差控制在5%以內。中心裂紋板材試樣也應在長度(2W)方向對稱加載。只要能滿足6.1中對力控制準確度的要求加載頻率不限。7.2提出了對預制裂紋的對稱性和裂紋有效區域的要求。 7.2測量裂紋長度 第8章、第9章提出了對不同標準試樣及試驗方法的測量準確度、測量間隔和有效性的要求。采用表面測量方法測定裂紋長度時，推薦試樣的前后兩個表面均進行裂紋長度測量。前后表面的裂紋長度相差應不超過0.25B，對于CCT試樣，同側表面上兩邊裂紋長度差應不超過0.025W，否則預制裂紋是不適用的且得到的試驗數據無效。如果裂紋超出試樣缺口根部兩側各0.05W的區域，試驗數據無效，見圖12。 ? 7.3da/dN>10-5mm/cycle的恒載增K試驗程序 7.3.1此方法適用于裂紋擴展速率大于10-5 mm/cycle的試驗。預制裂紋時，最大力逐級降低到小于或等于開始裂紋擴展速率試驗的Kmax對應的力，之后力值范圍、力值比和加載頻率條件保持不變。最大應力強度因子將會隨著裂紋擴展而增大，直至其達到或超過有效裂紋擴展速率試驗中最大的Kmax。以下幾點建議旨在降低采用增K法的瞬時效應。如要修改試驗變量，為了避免之前的力引起遲滯效應，Kmax只能增大而不能減小。瞬時效應也可能在改變Kmin或應力比時發生。通常，當Kmax和/或Kmin的增加量不超過10%時，可以減少裂紋擴展速率試驗中的瞬時效應。當受力條件改變后，在得到有效的裂紋擴展速率數據前，應該有足夠的裂紋擴展量以保證重新建立穩定的裂紋擴展速率狀態。該裂紋擴展量與很多變量有關，例如，力的變化量，試驗材料種類、熱處理條件和環境因素等。 7.3.2應盡量減少中斷試驗的次數。如果試驗發生中斷，重新開始試驗后裂紋擴展速率可能會改變。如果中斷后立即開始的裂紋擴展速率與中斷前最后階段的穩定裂紋擴展速率有明顯區別，中斷后開始階段的試驗數據是無效的。在動態力循環中斷時，試樣上施加的靜態力會導致瞬時效應的影響范圍擴大。 7.4da/dN<10-5mm/cycle的降K試驗程序 7.4.1選擇不同的K梯度C，降K法可能會得到不同的裂紋擴展速率，因此用戶需要判斷材料的裂紋擴展速率是否對K梯度C的變化敏感。 7.4.2試驗階段初始的Kmax或應力強度因子范圍ΔK，應大于或等于預制疲勞裂紋時最終的Kmax或ΔK值。隨著裂紋的擴展應逐級或以恒定的速率連續降低應力強度因子范圍，直到記錄到了所要的最低應力強度因子范圍或者疲勞裂紋擴展速率試驗數據。隨著裂紋長度的增加，力降低的速率應足夠小以防止應力強度因子降低產生的不規則數據。 7.4.3降K試驗是在選定的裂紋擴展量間隔下采用恒定的力值范圍來控制，試驗過程中應力強度因子是逐級降低的，見圖13，該方法稱為逐級降K法。由計算機自動控制程序實現每裂紋擴展增量對應的應力強度因子梯度保持為一個常數，即(dK/K)/da為常數，該方法稱為連續降K法[26]。其中的常數C稱為規則化的K梯度，通常C≥-0.1mm-1。有研究表明C值與試驗材料和試樣的幾何形狀有關[27] [28]。 7.4.4該梯度的選取應使逐級降低的力的變化不引起裂紋擴展速率的瞬時變化。為了方便起見，在恒C試驗中K和裂紋長度的關系以式(14)給出： (14) 式中： ——第j級初始應力強度因子范圍； ——第j-1級初始應力強度因子范圍； ——前一個恒定力范圍 對應的裂紋擴展量。 7.4.5在整個降K試驗中，力值比R和規則化K梯度C應保持恒定。推薦在降K法試驗后再進行增K法試驗。 7.4.6當使用逐級降K法時，建議Kmax每次下降不應超過前一級最大應力強度因子的10%，且每一級應力強度因子下裂紋擴展量 ≥0.50mm。對于連續降K法，應在非常小的裂紋擴展量 內保持力范圍恒定。此處，應力強度因子連續下降的幅度由每級(j)初始應力強度因子范圍 的下降量確定，且不能超過前一級起始應力強度因子范圍的2%，見式(15)。 ［ ］≤0.02 (15) ? 力范圍ΔF或應力強度因子范圍ΔK 裂紋長度a a名義ΔK； b實際ΔK； c在A點dΔK /da； d實際ΔF； e名義ΔF。 圖13典型逐級降載減K試驗方法 7.4.7若選用C=-0.1mm-1，隨著每級起始應力強度因子范圍最大下降2%，則每個恒力范圍對應的裂紋擴展量為 =0.2mm，見式(16)。 (16) =ln(0.98)/(-0.1)=0.2mm 7.5含水介質中疲勞裂紋擴展測定的特殊要求 參見附錄C。 7.6裂紋長度的電位法測定 參見附錄D。 7.7疲勞小裂紋擴展的測定方法 參見附錄E。 ? 8裂紋長度測量 8.1測量分辨率 8.1.1可采用6.6中的技術測量裂紋長度，裂紋長度測量結果的分辨率應大于或等于0.002W。 8.1.2當采用目測法測量裂紋長度時，建議將裂紋面區域表面進行拋光，并用非直射光源照射以增加裂紋尖端的可見度。為滿足8.5中對裂紋對稱性的要求，應在試樣的前后兩面測量裂紋長度，取兩面裂紋長度的算術平均值用于計算裂紋擴展速率和應力強度因子范國，對于CT、SENT和SENB試樣是取前后兩面裂紋長度值的算術平均值，而對于CCT試樣是取前后兩面左右兩側共4個裂紋長度值的算術平均值。如果不是每次都同時測量前后兩面的裂紋長度，報告中應分別注明前、后面的測量間隔。應定期對比目測法和非目測法測量的裂紋長度結果。 8.2試驗中斷 盡管允許在測量裂紋長度時中斷試驗，但應盡可能避免中斷試驗，也應盡量減小中斷試驗的次數和中斷時間。采用脈沖光源照明系統可以避免在目測法測量裂紋長度時中斷試驗。 8.3靜態力 可以采用施加靜態力的方法增加裂紋的測量分辨率。通常情況下施加的靜態力應不大于疲勞載荷的中值。在腐蝕或高溫環境下，施加靜態力可能會引起瞬時蠕變或鈍化效應。在任何情況下加載的靜態力都不應超過疲勞的最大力。