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ASTM E1681:金属KIH试验

测定环境辅助下开裂的临界应力强度因子(KIH)

KIH试验是一种断裂力学试验,用于测定金属材料在氢环境中的临界应力强度因子(KIH)。ASTM E1681区分了两种类型载荷:对预制疲劳裂纹CT试样进行恒定位移的KIH试验和恒定力的KIH试验。

根据ASTM E1681标准进行这些KIH试验的目的是评估金属在运氢专用管路和管道中的适用性。

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KIH试验的相关标准

以下标准适用于在氢环境中的KIH试验和临界应力强度因子(KIH)的测定:

  • ASME B31.12 - 氢气管路和管道标准
    本标准定义了管道的安全性,包含输送气态和液态氢的管道要求。
  • ASME BPVC.VIII.3 - ASME锅炉和压力容器规范,第3部分,高压容器建造替代规则
    本标准包含在加压氢气中进行测试的条件,还包含KIH计算的进一步要求(具体取决于试验方法)。

  • ASTM E1681 - 用于测定金属材料在环境辅助下开裂的临界应力强度因子的标准试验方法
    ASTM E1681标准规定了氢环境中在环境辅助下开裂的临界应力强度因子参数KIH的测定。

根据ASTM E1681执行试验

在进行KIH试验之前,使用电液伺服疲劳试验机对CT试样进行预制疲劳裂纹处理。然后,在气态氢环境下对此预制裂纹CT试样施加载荷。ASTM E1681会区分两种主要载荷类型:在指定时间段内以恒定位移对试样施加载荷,或者以恒定力对试样施加载荷。在某些情况下,这可能导致裂纹扩展或断裂,但并非总是如此。

恒定位移KIH试验(恒定位移)不需要使用试验机。在惰性环境中以一定的恒定位移对试样施加螺栓载荷。使用夹持式引伸计测量此已施加螺栓载荷试样的载荷线性位移。恒定力KIH试验需要使用试验机,例如机电式蠕变试验机,该试验机使用规定的拉伸力对预制裂纹试样施加载荷。

对于恒定位移KIH试验,必须遵守规定的工作流程:

  1. 在动态试验机中对CT试样进行预制裂纹处理
  2. 使用夹持式引伸计在惰性环境中对CT试样施加线性位移载荷
  3. 加载CT试样并将其放入高压釜中
  4. 用加压氢气对高压釜加压1,000小时
  5. 取下CT试样,目测评估断裂表面

符合ASTM E1681标准的重要特性值

使用以下符合ASTM E1681标准的特性值评估金属对氢导致开裂的耐受性:

  • KIH
    KIH是“临界应力强度因子”的缩写。KIH被定义为应力强度因子的阈值。
  • KIEACKEAC
    EAC是在环境辅助下开裂的缩写。KIEAC和KEAC被定义为在既不发生失效也不发生裂纹扩展情况下的应力强度因子最高值。因此,KIEAC被理解为在仍能保证安全运行情况下现有缺口和裂纹的最大允许载荷。

符合ASTM E1681标准的试样要求

KIH试验选择试样时,必须遵守ASTM E1681标准中规定的尺寸要求和最小试样厚度。

可使用以下试样形状:

  • 施加螺栓载荷的CT试样(适用于恒定位移KIH试验)
  • CT试样(适用于恒定力KIH试验)

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