制作和使用C型環應力腐蝕試樣的標準實施規程ASTM G38-01(R2013)（中文翻譯版）
ASTM G38-01(R2013)制作和使用C型環應力腐蝕試樣的標準實施規程（僅供參考）
1本規程由ASTM金屬腐蝕委員會G01管轄，由環境輔助開裂小組委員會G01.06直接負責。
現行版本于2013年5月1日批準。2013年7月出版。最初批準于1973年。上一版于2007年批準為G38-01(2007)。DOI: 10.1520/G0038-01R13。
本標準以固定名稱G38發布；緊跟在名稱后面的數字表示最初采用的年份，如果是修訂，則表示最后修訂的年份。括號中的數字表示上次重新批準的年份。上標（'）表示自上次修訂或重新批準以來的編輯性更改。
本標準經美國國防部機構批準使用。
1、范圍
1.1本規程涵蓋了設計和加工的基本特征，以及C型環應力腐蝕試樣的應力、暴露和檢驗程序。分析了C型環的應力狀態和分布。
1.2與取樣過程和選擇適當試驗環境有關的具體考慮不在本規程的范圍內。
1.3以國際單位制表示的數值應視為標準值。括號中給出的值僅供參考。
1.4本標準并非旨在解決與其使用相關的所有安全問題（如有）。本標準的使用者有責任在使用前建立適當的安全和健康實踐，并確定法規限制的適用性。
2、參考文件
2.1 NACE文件
NACE TM0177–96金屬在H2S環境中抗硫化物應力開裂和應力腐蝕開裂的實驗室試驗2
2可向美國腐蝕工程師協會（NACE）索取，地址：德克薩斯州休斯頓市218340，TX 77218–8340。
3、實踐總結
3.1本規程涉及通過施加彎曲荷載制備C型環應力腐蝕試樣并對其施加定量應力。討論了應力系統的特點和應力分布。給出了暴露和檢查方法的指南。
4、意義和用途
4.1 C型環是一種多用途、經濟的試樣，用于定量測定各種產品形式的所有類型合金的應力腐蝕開裂敏感性。它特別適用于對油管和桿進行橫向試驗，以及對各種產品進行短橫向試驗，如圖1中的板所示。
圖1 各類產品檢驗抽樣程序
5、抽樣
5.1試樣應從一個位置和方向上取下，以使其充分代表待測材料。
5.2在測試具有定向晶粒結構的厚截面時，必須將C型環定位在截面上，以使主應力方向（平行于應力螺栓）處于最小抗應力腐蝕開裂的方向。例如，對于鋁合金（1）3，這是相對于晶粒結構的短橫向。如果環的方向不對，它將傾向于在應力未知的位置出現中心裂紋。
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6、試件設計
6.1 C型環的尺寸可以在很大范圍內變化，但不推薦外徑小于約16 mm（5/8 in.）的C型環，因為加工難度增加，應力精度降低。環的尺寸可以影響應力狀態，這些考慮在第7節中討論。制造C型環的典型施工圖如圖2所示。
注1：如果試樣尺寸過小或使用管坯，則尺寸可根據試樣切割截面的尺寸變化。
圖2 C型環應力腐蝕試樣
注1-對于圖3（d），可在（b）或（c）的張力側使用類似的切口。
圖3 應力C型環的方法
圖4 7075-T6鋁合金C型環應力腐蝕試樣的應力（4）
7、壓力因素
7.1 C型環試樣的主要應力是周向應力。應該認識到這種應力是不均勻的（2，3）。首先，厚度有一個梯度，從一個表面的最大張力到另一個表面的最大壓縮力不等。其次，應力沿C型環的圓周變化，從每個螺栓孔處的零到與應力螺栓相對的弧中的最大值；標稱應力僅沿弧中穿過環的一條線存在。因此，當通過測量C型環拉伸表面上的應變來對試樣施加應力時，應將應變計放置在電弧的中間，以指示最大應變。第三，環向應力可以沿環的寬度變化，變化的程度取決于C型環的寬厚比和徑厚比。一般來說，如圖3（a，b）所示加載時，外表面的拉應力在極限邊緣處大于中心，而如圖3（c）所示加載時，內表面的拉應力在邊緣處小于中心（4）。
7.2 C型環中應力系統的另一個特點是存在雙軸應力；即在臨界試驗截面上產生橫向和周向應力。橫向應力將從中間寬度處的最大值變化到邊緣處的零，并與周向應力相同。一般來說，橫向應力可能會隨著寬厚比的減小和徑厚比的增大而減小。圖4中示出了一個示例，其中，鋁合金7075-T6的19.00 mm（0.748 in.）外徑×1.537 mm（0.0605 in.）厚×19.0 mm（0.75 in.）寬的C型環的中間寬度處的橫向拉伸應力約等于圓周拉伸應力的三分之一。在這個例子中，環向應力在C型環的大部分寬度上是均勻的；在最邊緣沒有進行測量。
7.3對于切口C型環（圖3（d））而言，切口（5）根部附近存在三軸應力狀態。此外，缺口根部的周向應力將大于標稱應力，并且通?？赡茉谒苄苑秶鷥?。
7.4應始終考慮殘余應力的可能性，特別是當C型環由含有明顯殘余應力的產品加工而成，或當厚度超過6.35 mm（1/4 in.）的C型環在加工后進行熱處理時。通常不建議對精加工的C型環進行熱處理，因為可能會在環中產生殘余應力。
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8、應力法
8.1通常使用的C型環是恒定應變試樣，通過擰緊環直徑中心的螺栓在環的外部產生拉伸應力。然而，通過在加載螺栓上放置一個校準彈簧，可以產生幾乎恒定的載荷。C型環也可以通過展開環并在內表面上產生拉伸應力來反向施加應力。這些應力方法如圖3所示。當然，正確選擇最小螺栓直徑或彈簧常數是確保獲得真正恒定應變或恒定載荷應力所必需的。
8.2最精確的應力程序是將周向和橫向電應變計連接到受拉表面，并擰緊螺栓，直到應變測量顯示所需的周向應力。計算周向（σC）和橫向（σT）應力
具體如下：
式中：
E=楊氏彈性模量，
μ=泊松比，
εC=周向應變，以及
εT=橫向應變。
注2：當使用帶有薄壁C型環的電應變計時，應允許對量規從環表面的位移進行校正。在暴露C型環之前，必須將量規和粘合膠的所有痕跡從C型環上清除。
注3：如果應力和應變不超過比例極限，則可使用彈性模量從測量應變計算應力。
8.3當要加載幾個相同合金和尺寸的環時，如圖4所示，可以方便地確定環周應力與環撓度的校準曲線，以避免對每個環進行應變測量的不便。
8.4 C型環僅產生彈性應變所需的壓縮量和彈性應變的程度可從理論上預測（2，3）。因此，可通過使用表A1.1中所示的修改曲梁方程中的單個環尺寸計算產生所需彈性應力所需的撓度來對C型環施加應力。通過計算曲線與實際數據點的一致性，計算應力的精度如圖4所示。C型環試樣的應力公式見附錄A1。
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9、機械加工
9.1當用固體材料加工環時，應采取預防措施，避免過熱、塑性變形或在金屬表面產生殘余應力。機械加工應分階段進行，以使最終切割的主表面光潔度為0.7 μm（30 μin.）或更高。必要的加工順序、刀具類型、進給速度等，取決于合金和試件的狀態。應避免研磨、機械拋光和產生金屬流動的類似操作。
10、表面處理
10.1高質量的機加工表面對于腐蝕試驗來說是最理想的，除非有人想對管或棒的加工表面進行試驗；當然，在暴露試樣之前，應將其脫脂。為了去除在加工過程中可能變形的熱處理膜或表面金屬薄層，可以使用化學或電化學蝕刻。這種處理方法的選擇將取決于試件的合金。應注意選擇不會選擇性腐蝕金屬成分或不會在表面沉積不需要的殘留物的蝕刻劑。對于可能發生氫脆的合金，不應使用蝕刻或酸洗。
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11、試樣標記
11.1試樣編號可刻在靠近C型環切斷段的一個尖端上。螺栓孔之間的臨界應力弧上不應有任何標記。非金屬標簽可以通過第二個螺母連接到應力螺栓上。
圖5 防止電流效應
12、暴露方法
12.1由于C型環尺寸小，受力方法簡單，幾乎可以暴露在任何腐蝕性環境中（6）。試樣的支撐方式應確保除腐蝕性介質外，任何東西都不會接觸到臨界應力區域。暴露架的任何部分不得接觸到臨界應力區域的表面或邊緣。
12.2必須小心避免C型環、應力螺栓和暴露架之間的電偶效應。還必須防止縫隙腐蝕，因為縫隙腐蝕會在環和螺栓之間形成腐蝕產物，并改變C型環的應力。如圖5所示，較為容易的可以通過適當的涂層或絕緣套管進行保護。必須考慮選擇既不會污染腐蝕介質也不會因腐蝕介質而變質的涂層或絕緣體。例如，絕緣套管會變質或蠕變，從而使試樣中的應力減小，這是不令人滿意的。
注5：應力后，試樣應盡快放置在預期的腐蝕環境中，因為有些合金可能在中等濕度的空氣中開裂。
注6：半球形釉面陶瓷絕緣體（S-151滑石）非常適合在室外和中性水溶液4中使用。蜂蠟和其他附著蠟型涂料適用于水溶液中的室溫試驗。在酸性或堿性溶液中進行試驗時，已成功使用快干乙烯基型漆；例如，電鍍停止5。
4目前委員會所知設備的唯一供應來源是美國賓夕法尼亞州薩克森堡市薩克森堡陶瓷有限公司，郵政信箱157，郵編16056。如果您知道其他供應商，請將此信息提供給ASTM國際總部。你的意見將在負責的技術委員會1的會議上得到認真考慮，你可以參加。
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13、檢查
13.1明顯易受應力腐蝕開裂影響的高應力C型環傾向于在整個厚度上斷裂或以明顯的方式開裂。然而，通常情況下，當施加的應力較低或耐應力腐蝕合金較多時，裂紋開始緩慢且難以檢測。小裂紋可能在多個位置萌生，并被腐蝕產物遮擋，必須決定是否宣布試樣“失效”。由于C型環并不總是斷裂，最好報告第一條裂紋作為失效標準。通常用肉眼或低倍鏡檢查。如果發現此類檢查不能確定為裂紋的跡象，研究人員應（1）記錄首次懷疑裂紋的日期，并繼續暴露試樣，觀察是否有進一步生長，以確認首次跡象為失效日期，或（2）停止試樣的暴露，并對穿過可疑裂紋的橫截面進行金相檢驗，以確定是否存在裂紋。斷裂或開裂的C型環的金相檢驗也有助于確定失效是由應力腐蝕開裂引起的，還是由其他形式的局部腐蝕引起的。
14、報告
14.1除了報告失敗的樣本數量和每個樣本“失敗”的時間外，還應報告以下細節：
14.1.1應力方法；
14.1.2施加應力的大小；
14.1.3試樣方向；
14.1.4尺寸和表面處理；
14.1.5試驗介質；
14.1.6試驗持續時間，以及
14.1.7失效準則。
14.2還應報告被測合金的完整信息，包括：
14.2.1合金名稱或規范編號；
14.2.2試驗批的組成；
14.2.3制造歷史；
14.2.4熱處理，以及
14.2.5機械性能。
15、關鍵詞
15.1 C型環；恒定載荷；恒定應變；缺口；定量應力；應力腐蝕開裂；應力腐蝕試樣
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