GB/T 20671.5-2020 非金属垫片材料分类体系及试验方法 第5部分：垫片材料蠕变松弛率试验方法

　　ICS 23 . 100 . 60

　　Q 69

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 20671 . 5—2020代替 GB/T 20671 . 5—2006

　　非金属垫片材料分类体系及试验方法第 5 部分：垫片材料蠕变松弛率试验方法

　　Classificationsystem andtestmethodsfornonmetallicgasketmaterials—

　　part5：Standardtestmethodforcreeprelaxationofgasketmaterials

　　2020-06-02 发布 2021-04-01 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 2067 1 . 5—2020

　　前 言

　　GB/T 20671《非金属垫片材料分类体系及试验方法》分为 11 个部分：

　　— 第 1 部分：非金属垫片材料分类体系;

　　— 第 2 部分：垫片材料压缩率回弹率试验方法;

　　— 第 3 部分：垫片材料耐液性试验方法;

　　— 第 4 部分：垫片材料密封性试验方法;

　　— 第 5 部分：垫片材料蠕变松弛率试验方法;

　　— 第 6 部分：垫片材料与金属表面黏附性试验方法;

　　— 第 7 部分：非金属垫片材料拉伸强度试验方法;

　　— 第 8 部分：非金属垫片材料柔软性试验方法;

　　— 第 9 部分：软木垫片材料胶结物耐久性试验方法;

　　— 第 10 部分：垫片材料导热系数测定方法;

　　— 第 11 部分：合成聚合材料抗霉性测定方法。

　　本部分为 GB/T 20671 的第 5 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本部分代替 GB/T 20671 . 5—2006《非金属垫片材料分类体系及试验方法 第 5 部分：垫片材料蠕变松弛率试验方法》。 与 GB/T 20671 . 5—2006 相比，除编辑性修改外主要技术变化如下：

　　— 增加了本部分适用范围(见第 1 章);

　　— 删除了范围中“以国际单位制(SI)单位表示的数值作为标准”及“本部分不涉及与其使用有关的安全问题。 本部分的使用者有责任考虑安全和健康问题，并在使用前确定规章限制的应用范围”(见第 1 章，2006 年版的第 1 章);

　　— 修改了规范性引用文件(见第 2 章);

　　— 删除了意义和用途(见 2006 年版的第 4 章);

　　— 增加了试验方法 B 中千分表组件(见 4 . 2 . 2) ;

　　— 将“试样调节”修改为“样品调节”(见 5 . 4 , 2006 年版的第 7 章);

　　— 增加了蠕变松弛率计算公式中参数的解释[见式(1)] ;

　　— 修改“精密度和偏倚”为“精密度”(见第 7 章，2006 年版的第 10 章);

　　— 删除了关键词(见 2006 年版的第 11 章);

　　— 增加了“试验方法 B 蠕变松弛率测定仪螺栓的标定程序”中设备的平垫圈的要求(见 A. 2 . 3) ;

　　— 修改了“试验方法 B 蠕变松弛率测定仪螺栓的标定程序”中的程序(见 A. 3 . 1 , A. 3 . 2 , A. 3 . 3 , 2006 年版的 A. 3 . 1) ;

　　— 增加了“试验方法 B 蠕变松弛率测定仪螺栓的标定程序”中的程序(见 A. 3 . 5, A. 3 . 6) ;

　　— 增加了“试验方法 B 蠕变松弛率测定仪螺栓的标定程序”中对螺栓校准的结果说明(见 A. 4) ;

　　— 删除了“ASTM B637 UNS N07718 试验数据整理结果”(见 2006 年版的附录 B) 。

　　本部分由中国建筑材料联合会提出。

　　本部分由全国非金属矿产品及制品标准化技术委员会(SAC/TC 406)归口 。

　　本部分起草单位：杭州宗兴科技有限公司、咸阳非金属矿研究设计院有限公司、国家非金属矿制品质量监督检验中心、上海索拓密封材料有限公司、河北亨达密封材料有限公司、咸阳海龙密封复合材料有限公司、佛山市顺德区质量技术监督标准与编码所、无锡市祥健四氟制品有限公司。

　　GB/T 2067 1 . 5—2020

　　本部分主要起草人：段亚萍、邵岳松、石志刚、潘洲、范景芳、祝海峰、杜铭、潘延华、卢炳合、王健。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB/T 20671 . 5—2006 。

　　GB/T 2067 1 . 5—2020

　　非金属垫片材料分类体系及试验方法

　　第 5 部分：垫片材料蠕变松弛率试验方法

　　1 范围

　　GB/T 20671 的本部分规定了非金属垫片材料蠕变松弛率测定的原理、仪器设备、样品、试验步骤、精密度及试验报告。

　　本部分适用于 GB/T 20671 . 1 规定的 1 型、5 型和 7 型材料的蠕变松弛率的测定。 其他型号的材料亦可参照采用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 20671 . 1 非金属垫片材料分类体系及试验方法 第 1 部分：非金属垫片材料分类体系

　　3 原理

　　3 . 1 试验方法 A

　　一般在室温下进行，应力由螺栓上标定过的应变计来测定，样品放置在两个平圆板之间受压，压力由紧扣圆板的螺栓和螺母提供。 在试验中，从加载开始到试验结束，每隔一段时间读取一次应变显示器上的读数。 应变显示器上的读数被换算成初始应力的百分数，然后绘出百分数与时间(以小时为单位)对数的关系曲线。 在全部试验时间范围内，任何给定的时间的初始应力损失或松弛的百分率能够从曲线上查出。

　　3 . 2 试验方法 B

　　在室温或高温下进行，应力通过用千分表测量标定过的螺栓的长度变化来确定，样品放置在两个平圆板之间受压，压力由紧扣圆板的螺栓和螺母提供。 在试验开始和试验结束时，分别测量螺栓的长度，计算出蠕变松弛率。

　　4 仪器设备

　　4 . 1 试验方法 A

　　4 . 1 . 1 应变显示器。

　　4 . 1 . 2 计时器 。

　　4 . 1 . 3 松弛率测定仪：包括两块平圆板(上、下各一块)、一根装有应变计的螺栓、一个螺母和一个推力轴承。 如图 1 所示。

　　4. 1 .4 应变计：应变灵敏度系数(2.0±0.1) %的 120 Ω 电阻。应变计用来指示拉伸应变，应放置在抵消扭矩、温度、弯曲影响的适当位置。应变计装在螺栓的小直径上，距螺栓顶部约 50.8 mm。装有应变计的螺栓应标定。

　　GB/T

　　2067 1 . 5—2020

　　说明：

　　1 — 螺母;

　　2 — 推力轴承;

　　3 — 上平圆板;

　　4 — 试验样品;

　　5 — 下平圆板;

　　6 — 螺栓;

　　7 — 固定台;

　　8 — 接应变显示器;

　　9 — 导线。

　　图 1 试验方法 A 用松弛率测定仪

　　4 . 2 试验方法 B

　　4 . 2 . 1 松弛率测定仪：松弛率测定仪应满足试验温度标定程序(见附录 A)的需要。 松弛率测定仪包括两块带有特殊孔的平圆板、标定过的螺栓、垫圈和螺母，其材质为铬钼铁素体钢或镍基高温合金钢或其他合金(参见附录 B) ,如图 2 所示。

　　4 . 2 . 2 千分表组件：由连接套筒、顶针、紧固螺钉和千分表组成，如图 2 所示。 千分表精度不大于0 . 002 5 mm 。

　　4 . 2 . 3 套筒扳手：14 . 3 mm( 9 / 16 in) 。

　　5 样品

　　5 . 1 试验方法 A

　　样品应为内径 33 . 02 mm±0 . 05 mm、外径 52 . 32 mm±0 . 05 mm 的环形。

　　5 . 2 试验方法 B

　　5 . 2 . 1 矩形样品：宽度 10 . 16 mm±0 . 38 mm、长度 31 . 75 mm±0 . 38 mm。 每次试验需要四个这样的样品。

　　5.2.2 环形样品：面积为 1 290 mm2 ,推荐采用内径 15.62 mm、外径 43.56 mm 的样品。

　　5 .2 .3 对于 4 型 2 类材料，样品应为 152 .40 mm 的一个长条。

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　　样品的公称厚度应为 0.8 mm。其他厚度由供需双方协商确定。对于 4 型材料，公称厚度应不大于

　　1 . 78 mm 。

　　5 . 4 样品调节

　　按照 GB/T 20671 . 1 调节切割好的样品。

　　6 试验步骤

　　6 . 1 试验方法 A

　　6 . 1 . 1 清洁平圆板和样品的表面，不能沾有蜡、脱模剂和油(用异辛烷或其他合适的溶剂擦拭)。 润滑螺栓的螺纹。

　　6. 1 .2 使用 13.8 MPa±0.3 MPa 的初始应力，另有规定除外。

　　6. 1 .3 试验在 21 ℃ ~30 ℃下进行，另有规定除外。

　　6 . 1 . 4 拆开松弛率测定仪，把样品放入两块平圆板之间。 样品的内直径与平圆板的内直径应尽可能同圆心。 把螺栓头装入固定台中，拧上推力轴承和螺母，用手或仅够固定样品的力轻轻拧紧。

　　6 . 1 . 5 连接并平衡应变显示器。 记录读数。 然后将应变显示器的读数调整到规定的初始应力。

　　6 . 1 .6 通过用扳手紧固螺母给垫片施加压力，直到应变显示器达到平衡。对于 17 .8 kN 的压力来说，需要大约 30 N · m 的扭矩。压力应以均匀的速率施加，且在 10 s±2 s 内达到规定的压力，此压力为“初

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　　始应力”。

　　6. 1 .7 从达到规定的“初始应力”开始计时。依次 10 s、1 min、6 min、30 min、1 h、5 h、24 h 等读取应变显示器上的读数，直到试验结束(试验完后检查应变显示器的零点)。

　　6 . 1 . 8 将在 6 . 1 . 7 获取的应变显示器的读数转化为“初始应力”的百分数。 在半对数坐标纸上绘出百分数和时间(以小时为单位)对数的关系曲线。

　　6 . 2 试验方法 B

　　6 . 2 . 1 清洁平圆板和样品的表面。 用石墨和二硫化钼等润滑剂轻轻润滑螺栓螺纹和垫圈。

　　6 . 2 . 2 按照图 2 所示，把四个矩形样品放入两块平圆板之间，确保样品之间及距平圆板边缘的距离不小于 2 mm。如果用环形样品，样品的内直径与平圆板的内直径应尽可能同圆心。如果是 4 型 2 类样品，在平圆板间的样品应以螺栓孔为中心，确保两个尾端交叠至少 6 .35 mm。

　　6 . 2 . 3 放好垫圈，用手拧紧螺母。

　　6 . 2 . 4 拧上千分表组件，用手拧紧。 把千分表读数调到零刻度。

　　6 .2 .5 用扳手拧紧螺母，直至达到规定的千分表读数，记录读数(D0)。施加压力，并在 3 s 内达到最大载荷。当压力为 26.7 kN 时，螺栓伸长量通常是 0.122 2 mm~0.127 0 mm(标定程序见附录 A)。卸去千分表组件。

　　注：当试验材料的厚度大于 0.8 mm 时，拧紧螺母的时间最长可延长至 5 s,以满足施加试验载荷的需要。

　　6.2.6 将夹有样品的测定仪放入 100 ℃ ±2 ℃的热风循环烘箱中，保持 22 h。如果另有规定，对于材质为铬钼铁素体钢的松弛率测定仪，最高试验温度不应超过 204.4 ℃;对于镍基高温合金钢的松弛率测定仪，最高试验温度不应超过 482.2 ℃。

　　6 . 2 . 7 从烘箱中取出夹有样品的测定仪，冷却到室温。

　　6 . 2 . 8 重新安上千分表组件，用手拧紧。 把千分表读数调到零刻度。 松开螺母(不要扰动千分表组件)，记录千分表读数(Df ) 。

　　6 . 2 . 9 按式(1)计算蠕变松弛率：

　　C …………………………( 1 )

　　式中：

　　Cr — 蠕变松弛率，%表示;

　　D0 — 施加预定压力后千分表的读数，单位为毫米(mm) ;

　　Df — 松开螺母后千分表的读数，单位为毫米(mm) ;

　　取三次平行测定结果的算术平均值为报告值。

　　7 精密度

　　7 . 1 七个实验室试验了以下五种垫片材料(GB/T 20671 . 1 的分类代码)的蠕变松弛率：1 型 1 类;1 型2 类;5 型 1 类;7 型 1 类;7 型 2 类 。所有的实验室都用试验方法 B 、1 型材料的调节程序。 矩形样品沿着材料的压延方向裁取。试验按照本部分试验方法 B 进行，20.68 MPa 的初始应力施加在 1 290 mm2样品面积上，总压力为 26.7 kN。试验在 100 ℃下进行了 22 h。用铬钼铁素体合金钢材质的松弛率测定仪，对每种材料进行了三个平行样试验。

　　7 . 2 铬钼铁素体合金钢材质的松弛率测定仪的精密度结果在表 1 给出。

　　GB/T 2067 1 . 5—2020

　　表 1 垫片材料蠕变松弛率试验的精密度(用变异系数法表示)

　　8 试验报告

　　试验报告应包括下列内容：

　　a) 被测材料的牌号和标记;

　　b ) 试验温度;

　　c) 试验的时间，以小时为单位;

　　d) 所用的“初始应力”和样品厚度;

　　e) 每个样品的应力损失百分率;

　　f) 记录的所有试验结果的平均值。

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　　附 录 A

　　(规范性附录)

　　试验方法 B 蠕变松弛率测定仪螺栓的标定程序

　　A.1 目的

　　A.1 . 1 螺栓在标定之前，应经过高温预处理，以消除应力。

　　A.1 .2 标定预处理后的螺栓，应在使用后定期标定。若使用温度超过 205℃,标定周期则应比低温使用时更短。

　　A.1 . 3 螺栓确保能正常使用。

　　A.2 设备

　　A.2 . 1 松弛率测定仪：按照 4 . 2 . 1,稍做改进，使每个平圆板能插进一对钢制定位销。

　　A.2 . 2 千分表组件：见 4 . 2 . 2 。

　　A.2.3 平垫圈：尺寸为 177.8 mm~406.4 mm,材料为碳素钢，硬度为 38 HRC~45 HRC。

　　A.2.4 拉力试验机：能够提供和记录 26.7 kN 载荷的能力。最大允许系统误差为所施加载荷的 0.5%。

　　A.2 . 5 螺栓标定装置机构：把松弛率测定仪和拉力试验机相连接的机构。 见图 A. 1 。

　　A.3 程序

　　A.3 . 1 如果被标定的螺栓是新的，则按下述步骤进行预处理。 在不放垫片的情况下，安装好松弛率测定仪，向螺栓施加载荷，使其获得 0.13 mm±0.001 3 mm 的位移值，记录此值，并作为原始位移值。

　　A.3 . 2 取下千分表组件，且不可松开螺栓和螺母，然后把该测定仪放入循环热风烘箱中，烘箱温度应预先调至超过最高试验温度 10 ℃。保持 22 h后，从烘箱中取出该测定仪，冷却到室温。

　　A.3.3 将千分表组件安装到松弛率测定仪上，卸掉螺栓的载荷，测量位移值，精确到 0.001 3 mm。记录此值，并作为终点位移值。

　　A.3.4 重复上述操作循环，直至一次循环和下一次循环的原始位移值和终点位移值的差值在 3%或更小且没有显示进一步减小的趋向。

　　注：一般螺栓的预处理有七次或七次以下的上述操作循环就足够了。

　　A.3 . 5 拆卸松弛率测定仪，用平垫圈代替垫片，用手拧紧螺母。

　　A.3 . 6 安装松弛率测定仪组件、千分表组件和螺栓校准装置，如图 A. 1 。将整体安装到拉力试验机上。调整间距，不应使拉伸载荷施加到测定仪的螺栓上。 将千分表调到零刻度。

　　A.3.7 施加拉伸力，直到载荷达到 4.45 kN。保持这个载荷，记录千分表指示的螺栓伸长量，估读精确到 0 .001 3 mm。继续向螺栓加载压力，从 4 .45 kN 加载到 26 .7 kN,且每增加 4 .45 kN,记录螺栓的伸长量。

　　A.3.8 卸去测定仪螺栓上的拉力载荷，观察千分表的读数。如果千分表没有回到零刻度(±0.002 5 mm范围内)，则应剔除这组数据。 重新此循环，如果 3 次循环后，千分表读数没有回到零刻度，则螺栓应作废。

　　A.3 . 9 千分表重新置零，重复 A. 3 . 7 和 A. 3 . 8 三次。

　　GB/T

　　2067 1 . 5—2020

　　说明：

　　1 — 指针千分表;

　　2 — 连接套筒;

　　3 — 螺母;

　　4 — 垫圈;

　　5 — 平面板;

　　6 — 下支架;

　　7 — 定位销;

　　8 — 上支架。图 A.1 螺栓标定装置示意图

　　A.4 结果说明

　　A.4 . 1 在线性坐标纸上标出平均螺栓伸长量和对应的螺栓载荷的坐标点，绘制螺栓标定曲线。Y 轴为平均螺栓伸长量，x 轴为螺栓受到的载荷。这个曲线应是一条直线。

　　A.4 . 2 通过计算，得到拟合度，此值应大于 0 . 95,否则螺栓作废。

　　A.4.3 在 26.7 kN 三次循环后，如果螺栓校准的伸长率小于 0.101 mm 或大于 0.140 mm,螺栓应作废。

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　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　试验方法 B 松弛率测定仪用材质技术指标示例

　　试验方法 B松弛率测定仪的材质为铬钼铁素体钢或镍基高温合金钢或其他合金。 前面两种合金的主要技术指标列于表 B. 1、表 B. 2 。

　　表 B.1 铬钼铁素体钢主要技术指标

　　表 B.2 镍基高温合金钢钢主要技术指标

　　GB/T 2067 1 . 5—2020

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 3077 合金结构钢

　　[2] GB/T 14992 高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号