[发明专利]一种避免DWTT异常断口的试样及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料韧性测试的技术领域，涉及一种避免DWTT异常断口的试样及其制备方法。

背景技术

对于油气输送管道，材料韧性是其的力学性能之一。韧性测试采用的主要方法有：小试样的冲击试验(CVN)和基于线弹性KIC及基于弹塑性断裂力学的J积分、裂纹尖端张开位移(CTOD)试验，以及大试样的落锤撕裂试验和全尺寸实物爆破试验。小试样的夏比冲击试验简便易行，能测试金属材料的抗冲击能量和断口韧脆面积，但由于能量测试范围小，试验时采用小尺寸试样，不能将所测试的韧脆转变温度等同于金属材料实际的韧脆转变温度，尤其是对于厚度较大的材料。基于线弹性力学的KIC和基于弹塑性断裂力学的J积分及裂纹尖端张开位移(CTOD)可以定量进行结构的韧性设计和校核，但试验过程相当复杂，在实际材料测试中应用并不多。全尺寸爆破试验可以真实反映材料抗断裂的能力，但试验成本昂贵，试验介周期长。大试样落锤撕裂试验(DWTT)是一种动态撕裂试验，常常通过测试金属材料的撕裂断口的剪切面积来判断其断裂韧性好坏，试验简便，成本低，其测试结果更符合材料实际的服役条件。

随着TMCP轧制工艺的采用和工程服役条件需要，强度高、厚度大、抗动态撕裂韧性好的金属材料开成功发，并在重大油气输送管道工程和重大装备上得到应用。但这些材料在采用标准的DWTT试样进行落锤撕裂试验时很容易出现异常断口，即在试样缺口下为韧性断裂接着转化为解理断裂，这种情况在API RP 5L3中规定为试样无效，需要重新取样试验，但重新试验仍避免不了异常断口的产生，而且极大浪费时间和成本。虽然通过大量研究，有文献和相关标准提出了异常断口剪切面积百分比的评判，但异常断口形貌相当复杂，对异常断口有效性的评价具有很高的技术性，并且所采用的异常断口评判方法缺少理论支持，一定程度上还存在争议。同时，大壁厚、强韧性管线钢DWTT试验异常断口与正常断口形貌大有不同，与实物爆破试验断口的相关性也极大降低。现有研究成果表明，DWTT异常断口产生的主要原因在于材料的强度高、韧性塑性好、厚度较大，导致重锤锤击时，试样启裂困难，在锤击侧产生严重的加工硬化和厚度增加的现象。因此，为了避免大壁厚、强韧性管线钢DWTT试验异常断口的产生，需要选设计一种新的DWTT试样，克服启裂困难、锤击侧加工硬化严重的现象。

发明内容

本发明的目的在于针对现有标准DWTT试样存在的局限性，提供一种避免DWTT异常断口的试样及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种避免DWTT异常断口的试样，包括标准试样，标准试样的锤击侧的中部预制一个用于承载重锤锤击时能量的L型切口，在锤击侧对侧的V型缺口根部预制一个用于消除V型缺口根部加工变形影响的I型切口。

本发明进一步的改进在于：

所述V型缺口的深度为5±0.5mm，角度为45°±2°。

所述I型切口在标准试样宽度方向的深度为5±0.2mm。

所述L型切口在标准试样宽度方向的深度为10±0.2mm，沿长度方向的长度为20±0.5mm。

所述L型切口长边的中点位于标准试样的中心线上。

本发明还公开了一种避免DWTT异常断口试样的制备方法，包括以下步骤：

第一步，先采用锯切和铣削的方法加工试样坯，并在试样坯的一侧中心线处压制一个深度为5±0.5mm，角度为45°±2°的V型缺口；

第二步，在V型缺口的根部，采用电火花线切割一个深度为5±0.2mm的I型切口；

第三步，在V型缺口的对侧，采用电火花线切割一个在试样宽度方向深度为10±0.2mm，沿长度方向长度为20±0.5mm的L型切口。

其中，电火花线切割L型切口和I型切口所采用的钼丝的直径小于或等于0.15mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在标准试样的锤击侧开设L型切口，在其对侧的V型缺口的根部开设I型切口，L型切口的主要作用是承载重锤锤击时的能量，阻隔锤击侧试样加工硬化区域扩展，减少试样因锤击产生压缩变形，并将锤击能量传递到试样缺口根部，使DWTT试样瞬间撕裂。I型切口的主要作用是消除V型缺口根部的加工变形影响，切口根部应力更加集中，使得DWTT试样裂纹萌生更为容易，进一步减小锤击侧的变形。因此，本发明在重锤锤击时启裂更容易，降低了锤击侧的加工硬化，可以有效降低或消除DWTT异常断口产生，试验结果更接近实际爆破断口，减少重复试验，节约试验成本，且制备方法简单，经济适用。

附图说明