GB/T 22640-2023 铝合金应力腐蚀敏感性评价试验方法

　　ICS 77 . 040 . 99 CCS H 25

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 22640—2023代替 GB/T22640—2008

　　铝合金应力腐蚀敏感性评价试验方法

　　Test method for determining susceptibility to stress corrosion cracking of

　　aluminium alloys

　　2023-05-23 发布 2023-12-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 22640—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—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 。

　　本文件代替 GB/T22640—2008《铝合金加工产品的环形试样应力腐蚀试验方法》' 与 GB/T 22640— 2008 相比 ' 除结构调整和编辑性改动外 ' 主要技术变化如下:

　　a) 更改了腐蚀介质配制(见第 4 章 ' 2008 年版的第 4 章) ;

　　b) 增加了慢应变速率腐蚀试验机(见 5 . 1) ;

　　c) 增加了加载支架(见 5 . 9) ;

　　d) 增加了沸腾氯化钠溶液试验装置(见 5 . 10) ;

　　e) 更改了 C 型环试样示例图和试样尺寸(见 6 . 2 . 1 ' 2008 年版的 6 . 2 . 2) ;

　　f) 增加了拉伸试样(见 6 . 2 . 2) ;

　　g) 增加了弯曲梁试样(见 6 . 2 . 3) ;

　　h) 增加了 U 型试样(见 6 . 2 . 4) ;

　　i) 更改了对试验温度的要求(见 7 . 2 . 2 ' 2008 年版的 7 . 2) ;

　　j) 更改了试样清洗方式(见 7 . 2 . 8 ' 2008 年版的 7 . 13) ;

　　k) 更改了试样结果表示方法(见第 7 . 3 ' 2008 年版的 8 . 1) ;

　　l) 增加了弯曲梁试样恒应变试验方法(见第 8 章) ;

　　m) 增加了 U 型试样恒应变试验方法(见第 9 章) ;

　　n) 增加了拉伸试样恒载荷 、恒应变试验方法(见第 10 章) ;

　　。) 增加了拉伸试样持续增加应变试验方法(见第 11 章) ;

　　p) 增加了沸腾氯化钠溶液恒应变试验方法(见第 12 章) 。

　　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 。

　　本文件由中国有色金属工业协会提出 。

　　本文件由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC243)归口 。

　　本文件起草单位:国标(北京)检验认证有限公司 、西南铝业(集团)有限责任公司 、有色金属技术经济研究院有限责任公司 、东北轻合金有限责任公司 、广东豪美新材股份有限公司 、辽宁忠旺集团有限公司 、有研工程技术研究院有限公司 、广西南南铝加工有限公司 、山东南山铝业股份有限公司 、中南大学 、广东省科学院工业分析检测中心 、西北铝业有限责任公司 、中车工业研究院有限公司 、中铝材料应用研究院有限公司 、中车青岛四方机车车辆股份有限公司 。

　　本文件主要起草人:李璞 、樊志罡 、唐宗元 、谷柳 、侯绎 、丁冈平 、祝哮 、刘西净 、闫丽珍 、郑许 、钟娟 、邓运来 、孙大翔 、王守业 、李明高 、韦绍林 、孙琳 。

　　本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为:

　　—2008 年首次发布为 GB/T 22640—2008 ;

　　— 本次为第一次修订 。

　　I

　　GB/T 22640—2023

　　铝合金应力腐蚀敏感性评价试验方法

　　1 范围

　　本文件描述了变形铝合金产品的应力腐蚀敏感性评价试验的方法 。

　　本文件适用于采用 C型环试样恒应变试验 、弯曲梁试样恒应变试验 、U 型试样恒应变试验 、拉伸试样恒载荷试验 、拉伸试样恒应变试验 、拉伸试样持续增加应变试验 、沸腾氯化钠溶液恒应变试验进行2 × × ×(w Cu :1 . 8%~7 . 0%) 、6 × × × 、7 × × ×(w Cu :0 . 4%~2 . 8%)系铝合金产品的应力腐蚀敏感性评价 。其他牌号的铝合金产品也可参考本文件 。

　　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/T 3246 . 1 变形铝及铝合金制品组织检验方法 第 1 部分:显微组织检验方法

　　GB/T 3246 . 2 变形铝及铝合金制品组织检验方法 第 2 部分:低倍组织检验方法

　　GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法

　　GB/T 8170 数字修约规则与极限数值的表示和判定

　　GB/T 16865 变形铝 、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法

　　JJF1914 金相显微镜校准规范

　　JJF1916 扫描电子显微镜校准规范

　　JJF(有色金属)0007 慢应变速率应力腐蚀试验机校准规范

　　JJF(有色金属)0009 周期浸润试验箱校准规范

　　JJG 21 千分尺

　　JJG 30 通用卡尺

　　JJG 34 指示表(指针式 、数显式)

　　3 方法概述

　　将试样按规定的加载方式施加应力后 ' 试样全浸或间浸于腐蚀介质 ' 置于一定温度 、湿度的试验环境中 ' 试验至规定的时间试样出现裂纹或断裂 。 以 目视或显微镜观察试样腐蚀现象 ' 或计算应力腐蚀敏感指数 ' 评价铝合金产品的应力腐蚀敏感性 。按试样加载方式 ' 试验方法分为以下几种 。

　　— 恒载荷试验:试样在试验中载荷恒定或载荷在控制的精度内 。试样类型为拉伸试样 ' 加载方式为支架加载 、试验机加载 ' 浸渍方式为全浸浸润 、周期浸润 。试验方法为拉伸试样恒载荷试验 。

　　— 恒应变试验:试样在试验中变形位移恒定或位移在控制的精度内 。试样类型为 C 型环试样 、拉伸试样 、弯曲梁试样 、U 型试样 ' 加载方式为支架加载 ' 浸渍方式为全浸浸润 、周期浸润 。试验方法为 C型环试样恒应变试验 、弯曲梁试样恒应变试验 、U 型试样恒应变试验 、拉伸试样恒

　　1

　　GB/T 22640—2023

　　应变试验 、沸腾氯化钠溶液恒应变试验。

　　— 持续增加应变试验: 即慢应变速率试验 ' 试样在试验中拉伸速率恒定。 试样类型为拉伸试样 ' 加载方式为试验机加载 ' 浸渍方式为全浸浸润。 试验方法为拉伸试样持续增加应变试验。

　　4 试剂或材料

　　警示 — 分析中使用的无机酸对人体有腐蚀作用 ' 试验人员应配戴个人防护装备 ' 以降低直接接触所带来的危险。

　　除非另有说明 ' 仅使用确认为分析纯的试剂和符合 GB/T 6682 规定的三级水。

　　4 . 1 丙酮 。

　　4 . 2 无水乙醇(w =99 . 5%) 。

　　4 . 3 氢氧化钠溶液(100 g/L) 。

　　4 . 4 硝酸(p=1 . 40 g/cm3 ) 。

　　4 . 5 硝酸溶液(3+7) 。

　　4 . 6 腐蚀介质(3 . 5%) :将 3 . 5 g±0 . 1 g(精确到 0. 1 g)氯化钠溶解于 96 . 5 mL水中(此氯化钠溶液的质量分数为 3 . 5%) ' 用氢氧化钠溶液(50 g/L)或盐酸溶液(1+1)调节此试液的 PH 至 6 . 4~7 . 2 。

　　4 . 7 腐蚀介质(6 . 0%) :将 6 . 0 g±0 . 1 g(精确到 0. 1 g)氯化钠溶解于 94 mL水中(此氯化钠溶液的质量分数为 6 . 0%) ' 用氢氧化钠溶液(50 g/L)或盐酸溶液(1+1)调节此试液的 PH 至 6 . 4~7 . 2 。

　　注 : 本文件采用质量分数为 3 . 5%和 6 . 0%的氯化钠溶液为腐蚀介质 ' 试验试样可能产生严重点蚀 ' 对于具有较小横截面的拉伸试样 ' 点蚀会缩小试样的有效横截面积 ' 干扰应力分布 ' 导致机械过载断裂 ' 使试验结果表示复杂化 ' 特别是抗应力腐蚀强的铝合金产品。 因此 ' 试验结果表示时 ' 需更重视显微镜下的断口组织检查。

　　4 . 8 惰性气体:高纯(99 . 99%以上)氩气或高纯(99 . 99%以上)氩气与高纯(99 . 99%以上)氦气混合气体。

　　5 仪器设备

　　5 . 1 慢应变速率应力腐蚀试验机

　　5 . 1 . 1 应按 JJF(有色金属)0007 的规定校准 ' 试验机级别 0. 5 级 ' 同轴度误差不大于 12% ' 加载头移动速度相对误差不超出 ±0 . 5% ' 位移速率范围在 0. 000 06 mm/min~1 mm/min范围内选择 ' 引伸计或光栅传感器级别 0. 5 级或 1 级 。

　　5 . 1 . 2 试验机配有腐蚀介质杯提供腐蚀条件 ' 其材质为耐腐蚀材料 ' 腐蚀介质杯容积应满足腐蚀介质体积与试样表面积比的最低要求 ' 保证试验过程中腐蚀介质不泄露 ' 应配有加热装置和测温传感器 ' 保证腐蚀介质温度允许误差为 ±2 ℃ ' 典型的腐蚀介质杯如图 1 所示。

　　注 : 当试验机新购 、移动后 、维修后时 ' 对试验系统进行校验 ' 校验样品使用已知应力腐蚀性能的轧制板材试样 ' 以证明应力腐蚀试验程序的重复性。

　　2

　　GB/T 22640—2023

　　标引序号说明 :

　　1 — 腐蚀介质注入口 ;

　　2 — 有机罩 ;

　　3 — 腐蚀介质 ;

　　4 — 测温传感器 ;

　　5 — 试样 ;

　　6 — 加热装置 。

　　图 1 腐蚀介质杯的典型图示

　　5 . 2 周期浸润试验箱

　　应按 JJF(有色金属)0009 的规定校准'温度偏差不超过 ±1 . 0 ℃ 、温度均匀性不大于 2 . 0 ℃ 、温度波动度不超过 ±0 . 5 ℃的校准要求 。

　　5 . 3 金相(光学)显微镜

　　配置带 0. 1 mm分刻度板的目镜测微尺(或与目镜一体)'放大倍数宜为 100 倍 ~500 倍 。校准应符合 JJF 1914 的要求 。

　　5 . 4 扫描电子显微镜

　　。

　　应符合 JJF1916 的要求'测长示值误差不超过 ±5%'正交畸变不超过 0. 5 '线性失真度<10% 。

　　5 . 5 卡尺

　　应符合 JJG 30 的要求'分度值应不大于 0. 02 mm'最大允许偏差为 ±0 . 02 mm 。

　　5 . 6 千分尺

　　应符合 JJG 21 的要求'分度值应不大于 0. 01 mm'最大允许偏差为 ±4 . 0 μm 。

　　5 . 7 放大镜

　　放大倍数不高于 50 倍 。

　　5 . 8 指示表

　　指示表应符合 JJG 34 的要求'分度值应不大于 0. 01 mm'测量范围为 0 mm~12 . 7 mm'示值误差不大于 0. 001 mm 。指示表在试验装置上的安装方式如图 2 所示 。

　　3

　　GB/T 22640—2023

　　图 2 指示表在试验装置上的安装示意

　　5 . 9 加载支架

　　5 . 9 . 1 加载支架材质

　　5 . 9 . 1 . 1 宜使用与试样相同牌号的铝合金制作加载支架'加载支架表面宜采取阳极氧化处理或使用涂覆涂层等措施以防止支架腐蚀 。

　　5 . 9 . 1 . 2 使用不锈钢或模具钢制作加载支架时'用绝缘涂层涂覆夹具'所用涂料应不溶于腐蚀介质'涂层本身也应不被腐蚀介质浸蚀和变质 。

　　5 . 9 . 2 加载支架结构

　　5 . 9 . 2 . 1 恒应变加载支架如图 3 所示;恒载荷加载支架如图 4 所示'其弹簧可提供并保持近似的恒定载荷'弹簧不接触腐蚀介质以防止腐蚀;四支点弯曲加载支架如图 5 所示;应力环加载装置如图 6 所示 。

　　5 . 9 . 2 . 2 试样和夹具之间应放置绝缘材料'防止试验过程中试样发生电偶腐蚀 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 立柱 ;

　　2 — 试样 ;

　　3 — 销钉 ;

　　4 — 夹头 ;

　　5 — 螺栓 。

　　图 3 恒应变加载支架图示

　　4

　　GB/T 22640—2023

　　标引序号说明 :

　　1 — 立柱 ;

　　2 — 试样 ;

　　3 — 加绝缘套管的销钉 ;

　　4 — 夹头 ;

　　5 — 弹簧 。

　　图 4 恒载荷加载支架图示

　　标引序号说明 :

　　1 — 框架 ;

　　2 — 绝缘支辊 ;

　　3 — 支架 ;

　　4 — 螺栓 。

　　图 5 四支点弯曲加载支架图示

　　5

　　GB/T 22640—2023

　　标引序号说明 :

　　1 — 腐蚀介质杯 ;

　　2 — 指示表 ;

　　3 — 指示表固定立柱 ;

　　4 — 加载环 。

　　图 6 应力环加载装置图示

　　5 . 10 沸腾氯化钠溶液试验装置

　　典型的试验装置示意图如图 7 所示'加热装置可采用热平板电阻加热器'使腐蚀介质在试样浸入10 min之内沸腾'并在试验过程中保持腐蚀介质处于沸腾状态 。试验容器采用玻璃制成'应配备回流冷凝管'以防止溶液的蒸发损失 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 回流冷凝管 ;

　　2 — 试样架 ;

　　3 — 试样 ;

　　4 — 试验容器 ;

　　5 — 加热装置 。

　　图 7 沸腾氯化钠溶液试验装置示意图

　　6

　　GB/T 22640—2023

　　6 试样

　　6 . 1 试样分类

　　试样分类及其说明见表 1 。

　　表 1 试样分类及说明

　　试样分类a

　　说明

　　C形环试样(见图 8)

　　C形环试样受到的主要应力是周向应力 ' 此应力为不均匀应力 ' C 形环内测受压应力 ' 外侧受拉应力 。应力围绕着 C 形环周向 ' 从每个螺孔处的零值逐渐增加到加载螺栓对面圆弧中央的最大值

　　拉伸试样

　　圆形试样(见图 9)

　　试样受均匀分布的单向轴向载荷 ' 试样尺寸与 GB/T 16865 规定的圆形试样一致

　　矩形试样(见图 10)

　　试样受均匀分布的单向轴向载荷 ' 试样尺寸与 GB/T 16865 规定的矩形试样一致

　　弯曲梁试样(见图 11)

　　弯曲梁试样受到试样长度方向不均匀应力 ' 试样外侧受拉应力 ' 内侧受压应力 。应力从外支辊处的最小值逐渐增加到试样中心处的最大值 。加载应力低于试验材料的弹性极限

　　U形试样(见图 11)

　　包括 U形弯曲加载和固定环加载 。试验条件苛刻 ' 试样变形含弹性变形和塑性变形 ' 沿厚度方向从外表面的最大拉应力渐变至内表面的最大压应力 ' 沿长度方向从两端点的零应力逐渐增加到弯曲中心的应力最大值

　　a 航空用铝合金材料试样要求见 T/CNIA 0162 。轨道交通用焊接慢拉伸试样要求见 T/CNIA 0163 。轨道交通用焊接 U 型弯曲试样要求见 T/CNIA 0164 。

　　图 8 C 形环试样图示

　　图 9 圆形试样图示

　　7

　　GB/T 22640—2023

　　图 10 矩形试样图示

　　图 1 1 弯曲梁及 U 形试样图示

　　6 . 2 试样尺寸

　　6 . 2 . 1 C 形环试样

　　经机械加工后 ' 试样横截面为 60 o 开口的环形 。试样的外径 OD不小于 16 mm ' 外径与壁厚的比值在 10~16 范围内 。C形环试样推荐尺寸如图 12 所示 。

　　单位为毫米

　　OD

　　t

　　B

　　32 . 00

　　2 . 50

　　20 . 00

　　20 . 00

　　1 . 50

　　20 . 00

　　16 . 00

　　1 . 50

　　20 . 00

　　图 12 C 形环试样

　　8

　　GB/T 22640—2023

　　6 . 2 . 2 拉伸试样

　　6 . 2 . 2 . 1 圆形试样

　　试样试验段的原始直径 d 宜为 3 mm~10 mm ' 试样原始标距 LO 宜为 4d ' 除已标注粗糙度值的表面外 ' 其他表面粗糙度 Ra 为 1 . 6 ' 其他要求应符合 GB/T 16865 的规定 。慢应变速率试验圆形试样尺

　　寸示例如图 13 所示 ' 恒载荷试验圆形试样尺寸示例如图 14 所示 。

　　单位为毫米

　　图 13 慢应变速率试验圆形试样尺寸示例

　　单位为毫米

　　图 14 恒载荷试验圆形试样尺寸示例

　　6 . 2 . 2 . 2 矩形试样

　　试样试验段的厚度宜为 2 mm~6 mm ' 试样原始标距 LO 宜为 5 . 65 槡A (A 为试样平行段横截面面积) ' 试样应在加持端中心打孔 ' 孔直径不超过夹持端宽度的 1/2 。其他要求应符合 GB/T 16865 的规定 。慢应变速率试验矩形试样尺寸示例如图 15 所示 ' 恒载荷矩形试样尺寸示例如图 16 所示 。 除图 15和图 16 中已标注粗糙度值的表面外 ' 其他表面粗糙度 Ra 为 1 . 6 。

　　9

　　GB/T 22640—2023

　　单位为毫米

　　图 15 慢应变速率试验矩形试样尺寸示例

　　单位为毫米

　　图 16 恒载荷试验矩形试样尺寸示例

　　6 . 2 . 3 弯曲梁试样

　　弯曲梁试样如图 17 所示 ' 评价试样表面应力腐蚀敏感性时可保留试样原始表面作为试验面 。三支

　　10

　　GB/T 22640—2023

　　点 、四支点试样长度宜为 127 mm~254 mm'宽度宜为 25 mm~51 mm。

　　标引序号说明 :

　　B — 试样宽度 ;

　　L — 试样长度 ;

　　t — 试样厚度。

　　图 17 弯曲梁试样

　　6 . 2 . 4 U 形试样

　　U形试样按加载方式分为 U形弯曲加载试样和固定环加载试样'试样如图 18 所示'尺寸应符合表2 的规定'评价试样表面应力腐蚀敏感性时可保留试样原始表面(有包铝层除外)作为试验面。

　　表 2 U 形试样尺寸

　　加载方式

　　试样尺寸mm

　　长度 L

　　孔间距 M

　　宽度 B

　　厚度 t

　　孔直径 D

　　夹持段长度 X

　　张口宽度Y

　　圆弧半径R

　　U形弯曲加载

　　80

　　50

　　20

　　2.5

　　10

　　32

　　14

　　5

　　固定环加载

　　150

　　140

　　15

　　0.8

　　3

　　61

　　20

　　9

　　11

　　a) 未弯曲试样标引序号说明 :

　　L — 试样长度 ;

　　B — 试样宽度 ;

　　D — 孔直径 ;

　　M— 孔间距 ;

　　

　　b) 弯曲试样

　　t — 试样厚度 ;

　　R — 圆弧半径 ;

　　X — 夹持段长度 ; Y — 张口宽度。

　　图 18 U 形试样

　　GB/T 22640—2023

　　6 . 3 取样与制样

　　6 . 3 . 1 轨道交通用焊接材料的慢拉伸试验取样要求见 T/CNIA 0163 。轨道交通用焊接材料的 U 型弯曲试验取样要求见 T/CNIA 0164 。其他焊接试样的制备参照附录 A及 GB/T 15970 . 8 的规定 ' 焊接试样焊接工艺应与产品的焊接工艺一致 。

　　6 . 3 . 2 对于需要去除表面氧化层的试样 ' 使用氢氧化钠溶液去除 ' 去除表面氧化层后应尽快进行试验 ' 避免氧化 。

　　6 . 3 . 3 其他要求见 T/CNIA 0162 。

　　7 C 型环试样恒应变试验

　　7 . 1 试样加载

　　7 . 1 . 1 用卡尺在加力孔两侧测量 C形环的外径 OD' 取两次测量的平均值 ' 用千分尺沿 C形环中心线至少在两个位置上测量壁厚 t ' 取平均值 。使用丙酮或无水乙醇清洁试样 。

　　7 . 1 . 2 按照产品标准或供需双方商定的协议确定试验应力 f 。 按公式(1)计算 C 形环的径向压缩量 ' 按公式(2)计算加力后 C形环的外径 。按图 19 所示加载 ' 采用与试样同系的材料做螺栓 、螺母 。扭紧螺栓 ' 同时测量加力孔两侧 C形环的外径 ODf ' 直至加力后 C 形环的外径 ODf 达到公式(2)的计算结果值 。

　　…………………………( 1 )

　　式中:

　　Δ —C形环的径向压缩量 ' 单位为毫米(mm) ;

　　f — 试验应力 ' 单位为兆帕(Mpa) ;

　　D—C形环的中径(D=OD—t) ' 单位为毫米(mm) ;

　　E — 材料弹性模量 ' 单位为兆帕(Mpa) ;

　　t —C形环的壁厚 ' 单位为毫米(mm) ;

　　Z — 修正系数(在图 20 中根据 D/t 的比值查得) 。

　　ODf = OD— Δ …………………………( 2 )

　　式中:

　　ODf — 加力后 C形环的外径 ' 单位为毫米(mm) ;

　　OD — 加力前 C形环的外径 ' 单位为毫米(mm) 。

　　计算结果保留两位小数 ' 数值修约按照 GB/T 8170 的规定进行 。

　　12

　　GB/T 22640—2023

　　标引序号说明 :

　　1 — 主应力方向 ;

　　OD—C形环的外径 ;

　　ID —C形环的内径 ;

　　t —C形环的厚度 ;

　　B —C形环的宽度 。