金属高温蠕变及持久强度试验国内外标准比较.docx
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金属高温蠕变及持久强度试验国内外标准比较
金属高温蠕变及持久强度试验国内外标准比较
郑开云
【摘要】必要性.
【期刊名称】《发电设备》
【年(卷),期】2009(023)005
【总页数】10页(P383-392)
【关键词】金属材料;蠕变;持久;试验标准;试验规范
【作者】郑开云
【作者单位】上海发电设备成套设计研究院,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】工业技术
金属高温蠕变及持久强度'试验国内外标准比较发电设备(2009No.5)^’l,,'.',,、:
标准研究:
^tI.I'IIlI,金属吉0日同皿蠕变及持久强度试验国内外标准比较郑开云(上海发电设备成套设计研究院,上海200240)摘要:
蠕变和持久强度试验是评价金属材料高温长时性能最常用的试验方法,是火电装备零部件强度设计的主要依据。
目前国内外都制订了金属高温蠕变及持久强度试验标准。
通过对比研究国内外重要的蠕变及持久试验标准,包括:
国家标准《;B/T2039)、美国标准(ASTME139)、欧洲标准(EN10291)、日本T业标准(JISZ2271)和同际标准(IS()204),以及欧洲蠕变合作委员会(ECCC)推荐试验要求,归纳总结了以上标准和规范的异同点,并对有关载荷、温度、试样等一些问题作了深入探讨,指出了统一试验规范的必要性。
关键词:
金属材料;蠕变;持久:
试验标准;试验规范中图分类号:
TK225文献标识码:
A文章编号:
1671-086X(2009)00-0383-10ComparisonBetweenDomesticandOverseasStandardsforHigh-temperatureCreep,Creep-ruptureandStress-ruptureTestingofMetallicMaterialsZHENGKai-yun(ShanghaiPowerEquipmeniResearchInstitute,Shanghai200240.China)Abstract:
Creep,creep-rupturcstress-rupturetestingarcgcnerallyusedtoevaluatethehigh-temperaturelong-termpropertyof'metallicmaterials,ofwhichthetestingresultsareusuallytakenasthebasisforstrengthdesignofthermalpowerplantcomponents.Inordertospecifythetestingmethodandpromotetheaccuracyoftestingresults.rclevantstandardsforhigh-temperaturecreep,creep-ruptureandstress-rupturctestinghavelongbeenestablishcdinmanycountries.Bystudyingmajorstandards,suchasGB/T209:
3.ASTME139,EN10291,JIS22271.IS0204andECCCrecommendations.similaritiesanddifferencesofthesestandardsarebeingcomparedandsummarized,focusedonproblemsrelatedtotestJoad,temperatureandtestspecimenetc,andhencethenecessityofunifyingthetestingstandardsproposed.Keywords:
metallicmaterial;crecp;crecp~rupturc;testingstandard;testingcode金属材料高温蠕变及持久强度试验的基本方法是:
在恒定的载荷和温度条件下,观测试样随时间延长产生的缓慢塑性变形和断裂现象,其中蠕变试验测定变形量随时间的变化,持久试验测定达到断裂的持续时间。
蠕变和持久试验周期可长达几千小时,甚至几年,所以相比短时力学性能试验,蠕变及持久试验对试验机载荷、温度测控、形变测量等系统精度和长期稳定性的要求更加苛刻,并且对试验过程的要求也更加高。
为了使试验结果具有可比性,自上世纪50、60年代,国内外就制定金属材料高温蠕变及持久试验标准和规范,此后又多次修改更新。
目前国内广泛参考的金属材料蠕变及持久试验标准有:
国家标准(GB/T2039)、美国标准(ASTME139)、欧洲标准(EN10291)、日本工业标准(JISZ2271)、国际标准(IS()204)等。
尽管修订后的国内外标准更加合理,标准中的许多规定都趋于一致,但是相互之间仍存在不少差异,包括一些关收稿日期:
2009-06-03作者简介:
郑开云(1980-),男,博士._【程师,从事电站材料试验T作。
·383·电设备(2009No.5)^’l,'.',,、:
标准研究:
^tI.I'IIlI吉0日同皿蠕变及持久强度试验国内外标准比较郑开云(摘要蠕变和持久强度试验是评价金属材料高温长时性能最常用的试验方法,是火电装备零部件强度设计的主要依据。
目前国内外都制订了金属高温蠕变及持久强度试验标准。
通过对比研究国内外重要的蠕变及持久试验标准,包括:
国家标准《;B/T2039)、美国标准(ASTME139)、欧洲标准(EN10291)、日本T业标准(JISZ2271)和同际标准(IS()204),以及欧洲蠕变合作委员会(ECCC)推荐试验要求,归纳总结了以上标准和规范的异同点,并对有关载荷、温度、试样等一些问题作了深入探讨,指出了统一试验规范的必要性。
关键词:
金属材料;蠕变;持久:
试验标准;试验规范OverseasStandardsforHigh-temperatureStress-ruptureTestingofMetallicMaterials(Powerstress-rupturetestingarcgcnerallyusedtoevaluatethehigh-of'metallicmaterials,ofwhichthetestingresultsareusuallytakenasthebasisforstrengthdesignofthermalpowerplantcomponents.Inordertospecifythetestingmethodandtheaccuracyoftestingresults.rclevantstandardsforhigh-temperaturecreep,creep-ruptureandstress-rupturctestinghavelongbeenestablishcdinmanycountries.Bystudyingmajorstandards,suchasGB/T209:
3.ASTME139,EN10291,JIS22271.IS0204ECCCrecommendations.similaritiesanddifferencesofthesestandardsarebeingcomparedandsummarized,focusedonproblemsrelatedtotestJoad,testspecimenetc,andhencethenecessityofunifyingthetestingstandardsproposed.crecp;crecp~rupturc;testingstandard;testingcode金属材料高温蠕变及持久强度试验的基本方法是:
在恒定的载荷和温度条件下,观测试样随时间延长产生的缓慢塑性变形和断裂现象,其中蠕变试验测定变形量随时间的变化,持久试验测定达到断裂的持续时间。
蠕变和持久试验周期可长达几千小时,甚至几年,所以相比短时力学性能试验,蠕变及持久试验对试验机载荷、温度测控、形变测量等系统精度和长期稳定性的要求更加苛刻,并且对试验过程的要求也更加高。
代国内外就制定金属材料高温蠕变及持久试验标准和规范,此后又多次修改更新。
目前国内广泛参考的金属材料蠕变及持久试验标准有:
国家标准(GB/T2039)美国标准(ASTME139)、欧洲标准(10291)日本工业(JISZ2271)国际标准(IS()204)等。
尽管修订后的国内外标准更加合理,标准中的许多规定都趋于一致作者简介:
郑开云(1980-),男,博士._【程师,从事电站材料试验T作。
·383电设备(2009No.5)金属高温蠕变及持久强度试验圉内外标准比较键参数。
本文对标准之间的异同点作归纳总结,论述的对象仅指上述5个标准的最新修订版¨‘1.特别参考了欧洲蠕变合作委员会(EuropeanCreepCollal)orativeCommittee(ECCC))推荐规范一;及其调研报告:
虻。
针对载荷的同轴度、温度偏差、试样尺寸等问题作了较大篇幅介绍。
1标准概况从标准的编制来看,ASTMEl39自成体系条款内容全面,并作了详细的解释说明。
IS()204和以此为基础编制的GB/T2039、EN10291、JISZ2271的条款内容较为精炼,一般只给出具体的规定。
从内容上来看,这些标准主要包括试验机及载荷、温度测量与控制、应变测量、试样、试验过程、试验结果及报告等方面的各种规定。
此外EN10291标准还有对间断蠕变试验方法的规定(本文不讨论此方法)。
其中,ASTME139相比其他标准总体要求更加高,也反映了蠕变及持久试验要求不断提高的发展趋势。
2试验机要求表1列出了5种标准和ECCC推荐规范对试验机的要求。
表l试验机要求比较┏━━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━┓┃标准┃试验机类型试验机检定标准载荷允许偏差/%同轴(偏心)度/%试验气氛试验机周围环境温度/℃┃┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃(;B/T2039┃┃JJC276±1.O≤1j10-3j┃┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃┃┃ASTME4+l.o空气环境温度足够恒定,ASTME139┃┃┃┃≤10真空加载时引伸计读数过程ASTME1012(ASTME4)┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃惰性气体室温波动±3K以内┃┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃┃单头┃┃┃┃┃环境温度变化EN1029L1S()7500-2±
1.O尽量小多头不超过±3K蠕变试验±0.5JIsZ2971持久试验±1.O┃┃┃┃┣━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃┃环境温度变化尽量小,IS()204IS()7500-2不影响引伸计测量┃┃┃┃┃┃┃EC(:
C┃┃┃尽量小,将来≤20±3K(蠕变试验)┃┃┃┃┃┃┗━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━┛高温蠕变及持久试验机类型有单头机和多头机,EN10291、JISZ2271和IS0204试验标准的许多条款分别对两种试验机型作了规定.GB/T2039和ASTME139标准没有明确区分试验机型。
本文仅讨论单头机。
高温蠕变及持久试验标准都引用专门的试验机或试验机主要性能(力值、同轴度等)的检定标准。
由于力值(载荷)偏差和同轴(偏心,便是试验机最重要的两个性能指标,所以标准中对蠕变试验机的规定主要包括这两个方面。
通常工程中的蠕变及持久试验采用恒定载荷,即恒定的初始应力。
恒定试验应力只对于特殊研究需要的情况。
载荷是高温蠕变及持久试验最主要的两大参数之一。
标准规定的载荷允许偏差基本上都是±1.0%,个别标准规定了更高的要求,如JISZ2271标准规定蠕变试验载荷允许偏差±0.5%。
试验机常见的加载方式为砝码和伺服电机。
前者可再分为杠杆和直接加载两种方式,砝码的重量偏差是载荷偏差的最直接来源,杠杆比率偏差则是载荷偏差的另一个重要因素,这两方面造成的偏差都是比较恒定的,所以砝码加载方式下试样受力的恒定程度较高。
对于伺服电机加载方式,载荷偏差主要受伺服电机灵敏度和力值测量仪器精度控制。
相对砝码加载方式而言,伺服电机加载方式下试样受力总是带有少量波动的,只是平均值相对恒定。
标准规定的载荷偏差值对于砝码加载的试验机来说是完全可以实现的,但是对于伺服电机加载的试验机来说,是否能达到规定要求还不是十分确定关键问题是普遍使用的力传感器能否在试验室环境温度下长期稳定工作。
由表l可见,EN10291、JISZ2271、IS()204标准和ECCC推荐中笼统地要求偏心最小,并没有给出确定数值,只有GB/T20.39和ASTME标准作了明确规定,但是这两个标准对同轴度的测量方法和要求都不完全一致。
这里对ASTME139和GB/T2039标准作比较论述。
ASTME139标准对同轴度的要求是试样电设备(2009No.5)本文对标准之间的异同点作归纳总结,论述的对象仅指上述5个标准的最新修订版¨‘1特别参考了欧洲蠕变合作委员会(EuropeanCreepCollal)orativeCommittee(ECCC))推荐规范一;及其调研报告:
虻针对载荷的同轴度、温度偏差、1标准概况从的编制来看,ASTMl39自成体系和以此基础GB/T2039EN10291JIS2271的条款内容较为精炼,一般只给出具体的规定。
从内容上来看,这些标准主要包括试验机及载荷、温度测量与控制、应变测量、试样、试验过程、试验结果及报告等方面的各种规定。
此外标准还有对间断蠕变试验相比其他标准总体要求更加高,也反映了表1列出了5种标准和ECCCl试验机要求比较┏━┳┓┣╋┫(;B/TJJC276±1.O4+l.o≤10ASTM1012(ASTM4)内1029LJIsZ29713K(蠕变试验)┗┻┛10291、JISZ2271和IS0204试验标准T高温蠕变及持久试验标准都引用专门的试验机或试验机主要性能(力值、同轴度等)的检定标准。
由于力值(载荷)偏差和同轴(偏心,便是试验机最重要的两个性能指标,所以标准中对蠕变试验机的规定主要包括这两个方面。
通荷即恒定的初始应力。
恒定试验应力只对于特许偏差基本上都是±1.0%,个别标准规定了更高的要求,如JISZ2271标准规定蠕变试验载荷允许偏差±0.5%。
试验机常见的加载方式为砝码和伺服电机。
前者可再分为杠杆和直接加载两种方式,砝码的重量偏差是载荷偏差的最直接来源,杠杆比率偏差则是载荷偏差的另一个重要因素,这两方面造成的偏差都是比较恒定的,所以砝码加载方式下试样受力的恒定程度较高。
对于伺服电机加载方式,载荷偏差主要受伺服电机灵敏度和力值测量仪器精度控制。
相对砝码加载方式而言,伺服电机加载方式下试样受力总是带有少量波动的,只是平均值相对恒定。
标准规定的载荷偏差值对于砝码加载的试验机来说是完全可以实现的,但是对于伺服电机加载的试验机来说,是否能达到规定要求还不是十分确定由表可见IS()标准和ECCC有给出确定数值,只有GB/T20.39和ASTME标准作了明确规定,但是这两个标准对同轴度的测量方法和要求都不完全一致。
这里对标准作比较论述。
标准对同轴度的要求是试样金属高温蠕变及持久强度试验国内外标准比较电设备(2009No.5)的最大弯曲应变不超过轴向应变的10%,这里的试样指高加工精度的试样。
ASTME139标准测量圆棒试样同轴度的方法有三应变测量和四应变测量法。
三应变法是在试样横截面周线上等距安装3个应变测量机构,测得3个应变量e.、e。
、e3(这里Pl>P2>P3)。
轴向应变a定义为:
口一(P1+e2+e,)/3;3个弯曲应变6定义为:
6,一P,-a(i=l,2,3)。
同轴度用最大弯曲应变B与轴向应变&的百分比PB表示:
PB=旦×100%
(1)式中:
B一≤刍,臼一tan-1[(2~可)(b2/b1+1/2)]四应变法是在试样横截面周线上等距安装4个应变测量机构,同样地,测得4个应变量el、P:
、P:
;、e4(这里ei>P2>P。
>P,,)。
轴向应变定义为:
以一(el+e2+e3+e4)/4;4个弯曲应变为:
6.-e,一“(i=l,2,3,4)。
同轴度计算同式
(1),此时最大弯曲应变B-型雯互二b32+(l2一b4)2————■■——一。
GB/T2039标准对同轴度的定义参考标准JJG276:
试样两互相垂直方向测得的变形值中的最大值AL。
。
与平均值AL的百分比,即:
E=△j“兰-刖一×100%
(2)ALGB/T20
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