1GB/T×××××-20××金屬材料微試樣力學(xué)試驗(yàn)取樣和試樣制備方法本文件規(guī)定了開展微試樣力學(xué)試驗(yàn)時(shí)試料獲取和試樣制備相關(guān)的符號(hào)和說(shuō)明、試料獲取、樣坯加工和微試樣制備要求。本文件適用于微試樣力學(xué)試驗(yàn)的材料取樣和試樣制備。如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方協(xié)議對(duì)取樣另有規(guī)定，應(yīng)按其規(guī)定執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件。不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備GB/T19624在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定GB/T20832金屬材料試樣軸線相對(duì)于產(chǎn)品織構(gòu)的標(biāo)識(shí)3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1試料Sample為了制備一個(gè)或幾個(gè)試樣，從產(chǎn)品中切取足夠量的材料。3.2有損取樣Destructivesampling產(chǎn)品、在役設(shè)備或結(jié)構(gòu)割取測(cè)試用材料的過程不能滿足結(jié)構(gòu)完整性和安全運(yùn)行要求，割取后需要進(jìn)行修補(bǔ)或需要改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。3.3微損取樣Minimallyinvasivesampling在產(chǎn)品、在役設(shè)備或結(jié)構(gòu)割取測(cè)試用材料的過程能滿足結(jié)構(gòu)完整性和運(yùn)行要求，割取后不需要進(jìn)行修補(bǔ)或改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。3.4樣坯Roughspecimen為了制備試樣，經(jīng)過機(jī)械處理或所需熱處理后的試料，稱為樣坯。3.5微試樣Miniaturespecimen試樣尺寸顯著小于標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸，仍能反映材料宏觀力學(xué)性能的試樣。3.6小沖桿試樣Smallpunchspecimen用于小沖桿試驗(yàn)的圓片狀試樣。3.72GB/T×××××-20××微型拉伸試樣Miniaturetensilespecimen用于獲取材料拉伸性能的微試樣。可以是嚴(yán)格按比例縮小或者按比例縮小并適當(dāng)改變幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，也可以是非標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣形狀的試樣。3.8微型疲勞試樣Miniaturefatiguespecimen用于獲取材料疲勞強(qiáng)度或循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變行為的微型試樣。可以是比例縮小形狀類似的標(biāo)準(zhǔn)疲勞試樣，也可以是特殊形狀的疲勞試樣。3.9微型蠕變?cè)嚇覯iniaturecreepspecimen用于獲取材料蠕變強(qiáng)度或蠕變變形的微試樣。可以是比例縮小形狀類似的標(biāo)準(zhǔn)蠕變?cè)嚇樱部梢允翘厥庑螤畹娜渥冊(cè)嚇印?.10微型沖擊試樣MiniatureCharpy-Vnotch(CVN)impactspecimen用于獲取材料沖擊性能的微試樣。通常是成比例縮小的標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣，也可以是特殊形狀的沖擊試樣。3.11微型斷裂試樣Miniaturefracturetoughnessspecimen用于獲取材料斷裂韌性、疲勞裂紋擴(kuò)展、蠕變裂紋擴(kuò)展的微試樣。可以是按照標(biāo)準(zhǔn)試樣嚴(yán)格按比例縮小或者按比例縮小并適當(dāng)改變幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸、三點(diǎn)彎曲、單邊缺口、中心缺口以及沖擊試樣，也可以是特殊形狀的試樣。4一般要求4.1加工的一般要求4.1.1樣坯的制取應(yīng)防止加工過程中熱或者加工硬化等因素影響微試樣的力學(xué)性能。樣坯中不得含有任何裂紋或者其它宏觀缺陷。4.1.2試樣尺寸精度，表面粗糙度、表面塑性硬化層以及表面殘余應(yīng)力對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響，應(yīng)采用精細(xì)的加工及表面處理方法。4.2抽樣產(chǎn)品、試料、樣坯和試樣的標(biāo)識(shí)4.2.1抽樣產(chǎn)品、試料、樣坯和試樣應(yīng)做標(biāo)記以確保可追溯至原產(chǎn)品以及它們?cè)谠a(chǎn)品中的位置和方向。為此，如果在抽樣過程中無(wú)法避免要將抽樣產(chǎn)品、試料、樣坯和試樣(一個(gè)或多個(gè))的標(biāo)記去除，應(yīng)在這些標(biāo)記去除前或在試樣從自動(dòng)制樣設(shè)備中取出前做好標(biāo)記轉(zhuǎn)移。在規(guī)定檢驗(yàn)和需方要求的情況下，標(biāo)記轉(zhuǎn)移須在需方代表在場(chǎng)的情況下進(jìn)行。4.2.2對(duì)于全自動(dòng)的在線制樣和測(cè)試系統(tǒng)，若配置了完備的控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)能按設(shè)定程序響應(yīng)，則無(wú)需對(duì)抽樣產(chǎn)品、試料、樣坯和試樣進(jìn)行標(biāo)記。5試料的準(zhǔn)備和微試樣選擇5.1試料的狀態(tài)5.1.1根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或合同規(guī)定，試料狀態(tài)分為交貨狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和服役狀態(tài)。5.1.2在交貨狀態(tài)下取樣時(shí)，可從以下兩種條件中選擇：a)產(chǎn)品在成型或熱處理（或兩者）完成之后取樣；b)如在熱處理之前取樣，試料應(yīng)在與交貨產(chǎn)品相同的條件下進(jìn)行熱處理。5.1.3在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取樣時(shí)，應(yīng)按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或訂貨單規(guī)定的生產(chǎn)階段取樣。GB/T×××××-20××35.1.4在服役狀態(tài)下取樣時(shí)，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)清楚取樣部位的服役條件及服役時(shí)長(zhǎng)。5.2試料的獲取方法5.2.1微損取樣5.2.1.1設(shè)備或結(jié)構(gòu)上的微損取樣方法有機(jī)械式和電火花式兩種，參見附錄A，推薦使用勺刀“挖取”機(jī)械式取樣技術(shù)。5.2.1.2微損取樣的位置應(yīng)根據(jù)需方要求選擇產(chǎn)品的表面、內(nèi)壁、焊縫、熱影響區(qū)等位置或局部區(qū)域，亦可對(duì)檢測(cè)有缺陷的位置有針對(duì)性取樣。5.2.1.3采用微損取樣時(shí)，應(yīng)采用合適的冷卻措施，避免產(chǎn)品及試料因受熱影響力學(xué)性能。5.2.1.4對(duì)于直接確定屬于微損取樣的，對(duì)取樣后留下的缺欠無(wú)需進(jìn)行補(bǔ)焊等安全處理。5.2.1.5對(duì)于不能直接確定屬于微損取樣的，宜通過GB/T19624等結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)方法確定合適的取樣厚度。5.2.2有損取樣5.2.2.1當(dāng)產(chǎn)品允許切除大塊材料時(shí)，所采用的試料切割方式應(yīng)不改變用于制作試樣的那部分試料的特性。用燒割法和冷剪法取樣所留加工余量可參考GB/T2975-2018附錄B。5.2.2.2當(dāng)產(chǎn)品不允許切除大塊材料時(shí)，可選用附錄A給出的取樣方法獲取試料。取樣后應(yīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修補(bǔ)或改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。5.3試樣位置在產(chǎn)品不同位置取樣時(shí)，力學(xué)性能會(huì)有差異，應(yīng)按以下方法進(jìn)行取樣：a)對(duì)于允許切取大塊材料的情況，可按GB/T2975-2018附錄A規(guī)定，在具有代表性的位置進(jìn)行取樣；b)對(duì)于采用附錄A方法獲取試料的情況，可按圖1進(jìn)行不同類型微試樣取樣；c)如產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方協(xié)議對(duì)取樣位置另有規(guī)定的，應(yīng)按其規(guī)定執(zhí)行。圖1微損試塊的微試樣取樣示意圖5.4試樣的軸向方向試樣軸線的方向與產(chǎn)品加工主方向的關(guān)系應(yīng)在相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或合同中規(guī)定。試樣軸線的確定GB/T×××××-20××4應(yīng)符合GB/T20832的要求。5.5試料的熱處理對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)試驗(yàn)需要對(duì)試料進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)在溫度均勻的環(huán)境下進(jìn)行，并用校準(zhǔn)過的儀器測(cè)量溫度。熱處理工藝應(yīng)按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或合同的要求進(jìn)行。5.6微試樣的選擇5.6.1對(duì)于矩形截面微試樣，試樣的最小寬度和厚度必須大于某一臨界值，才能表征材料的宏觀力學(xué)行為；對(duì)于圓形截面微試樣，試樣的最小直徑必須大于某一臨界值，才能表征材料的宏觀力學(xué)行為。該臨界尺寸與材料類型及測(cè)試力學(xué)參量相關(guān)，用材料的晶粒尺寸進(jìn)行表征，通常是4-10倍的晶粒尺5.6.2典型的微試樣類型和幾何尺寸參見附錄B，包括但不限于以下三類：a)嚴(yán)格按比例縮小的標(biāo)準(zhǔn)試樣；b)按比例縮小并改變部分幾何尺寸的試樣；c)特殊結(jié)構(gòu)試樣。5.6.3應(yīng)根據(jù)相應(yīng)試驗(yàn)方法的規(guī)定和試驗(yàn)機(jī)能力選用合適的試樣類型。考慮制造成本和易操作性，推薦使用矩形截面試樣。6微試樣的制備6.1微試樣的加工6.1.1應(yīng)選用對(duì)表層材料性能影響較小的加工方法，從原材料或微損試塊上切割出具有良好的尺寸精度和表面光潔度的試樣形狀，推薦使用電火花加工。注：隨著試件尺寸小型化的發(fā)展，宜使用微電子放電加工技術(shù)、6.1.2切割加工出試樣形狀后，應(yīng)進(jìn)行表面研磨和拋光處理。拋光處理通常包括：機(jī)械、化學(xué)和電解方法。6.1.3采用的最終加工方法應(yīng)保證試樣的尺寸和形狀處于相應(yīng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公差范圍內(nèi)。試樣的尺寸公差應(yīng)符合相應(yīng)試驗(yàn)方法的規(guī)定。6.1.4當(dāng)需要對(duì)試樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)熱處理時(shí)，其熱處理狀態(tài)應(yīng)與試料的要求相同[見5.5]。6.1.5詳細(xì)的微試樣的制備加工方法見附錄C。6.2尺寸檢查應(yīng)在精加工完成后對(duì)試樣的尺寸進(jìn)行檢查，采用的檢查方法應(yīng)不改變?cè)嚇拥谋砻鏃l件。6.3存放及轉(zhuǎn)運(yùn)試樣制備好后，應(yīng)保存以防止任何損傷（接觸刮傷或氧化等）。建議采用單獨(dú)的盒子或帶封頭的管保存試樣。在某些情況下，有必要將試樣放在真空瓶或者放在有硅膠的干燥器中。GB/T×××××-20××5（資料性）常見的微損取樣方法勺刀“挖取”機(jī)械式取樣方法可分為HOOKIII式和SSamTM-2式，見圖A.1。電火花式取樣方法見圖A.2。兩種方法均適用于在產(chǎn)品表面獲取小塊試料。（a）HOOKIII式取樣方法（b）SSamTM-2式取樣方法圖A.1勺刀“挖取”機(jī)械式取樣方法圖A.2電火花式取樣方法GB/T×××××-20××6（資料性）常見微試樣類型B.1通則一種微試樣類型能實(shí)現(xiàn)多個(gè)力學(xué)性能測(cè)試，也存在一種力學(xué)性能可通過不同類型微試測(cè)試獲得。本文件以拉伸、疲勞、蠕變、沖擊、斷裂將微試樣類型進(jìn)行歸類。B.2拉伸微試樣常見的拉伸微試樣的形狀和尺寸見表B.1及圖B.1。表B.1常見的拉伸微試樣的形狀和尺寸NANA注2：NA表示“不適用”(a)板狀試樣GB/T×××××-20××7(b)棒狀試樣(e)小沖桿試樣圖B.1常見的拉伸微試樣B.3疲勞微試樣疲勞微試樣因受力形式以及控制方式不同存在多種類型，圖B.2為常見的疲勞微試樣。啞鈴型試樣（圖B.1(d)）以及小沖桿試樣（圖B.1(e)）也是常用的疲勞微試樣。GB/T×××××-20××8（a）棒狀疲勞試樣(b)矩形疲勞試樣（c）漏斗形板狀疲勞試樣GB/T×××××-20××9（d）平板彎曲疲勞試樣(e)彎曲疲勞試樣圖B.2常見的疲勞微試樣B.4蠕變微試樣蠕變微試樣因受力形式不同存在多種類型，圖B.3為常見的蠕變微試樣。小沖桿試樣（圖B.1(e)）也是常用的蠕變微試樣，其直徑常為8mm~10mm，厚度為0.3mm~5mm。(a)三點(diǎn)彎曲蠕變?cè)嚇?l=10mm,L=19.8mm,b=4.44mm,2h=1.54mm,r=1mm)GB/T×××××-20××(b)懸臂梁蠕變?cè)嚇?H1=2.0mm,H2=4.0mm,L1=4.0mm,l=16.0mm,l3=24.0mm,r=1mm)(c)固支蠕變?cè)嚇?h=1.0mm,L=19.8mm,l=12.0mm,b=1.9mm,r=1mm)(d)棒狀蠕變?cè)嚇?e)缺口蠕變?cè)嚇訄DB.3常見的蠕變微試樣B.5沖擊微試樣常見的沖擊微試樣形狀及尺寸見圖B.4和表B.2。小沖桿試樣（圖B.1(e)）也可用于測(cè)試材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。圖B.2常見的沖擊微試樣的形狀和尺寸GB/T×××××-20××b/mm圖B.4沖擊微試樣幾何尺寸示意圖B.6斷裂微試樣常見的斷裂微試樣見圖B.5。小沖桿試樣（圖B.1(e)）也可用于材料的斷裂韌度測(cè)試。(a)緊湊拉伸試樣GB/T×××××-20××(b)三點(diǎn)彎曲試樣(c)不同尺寸的夏比沖擊試樣圖B.5常見的斷裂微試樣GB/T×××××-20××（規(guī)范性）微試樣的制備C.1總則C.1.1隨著試樣尺寸的減小，試樣的加工精度，表面質(zhì)量對(duì)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果的影響越來(lái)越顯著。傳統(tǒng)的加工方法在某些微試樣加工方面是有效的，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足微試樣加工的質(zhì)量要求。總體上微試樣的制備要求如下：a)微試樣的樣坯應(yīng)采用電火花或微電子放電等精細(xì)切割技術(shù)。b)微試樣在機(jī)加工后，應(yīng)進(jìn)行研磨或拋光，以控制試樣表面粗糙度及殘余應(yīng)力。c)微試樣對(duì)工作區(qū)內(nèi)的尺寸控制更為嚴(yán)格，誤差控制在1%之內(nèi)。C.1.2根據(jù)微試樣的類型、尺寸、用途，微試樣在制備上大致分為三類：a)第一類：疲勞微試樣；b)第二類：最小尺寸大于1mm的微試樣；c)第三類：最小尺寸小于1mm的微試樣。B.2第一類試樣的制備疲勞微試樣應(yīng)具有最佳的表面質(zhì)量，表面光潔度高，并且不能存在殘余應(yīng)力，與標(biāo)準(zhǔn)疲勞試樣有所差別，疲勞微試樣的試樣制備如下：a)將試樣機(jī)加工至目標(biāo)厚度+0.1mm；b)研磨或機(jī)械拋光至目標(biāo)厚度+0.02mm。對(duì)于截面圓形試樣，應(yīng)采用軸向拋光；c)電解拋光。如采用95%乙醇、5%高氯酸電解液在0℃進(jìn)行電解拋光，也可以采用其它電解拋光溶液。C.3第二類試樣的制備該類微試樣雖然體積尺寸遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)試樣，但最小尺寸遠(yuǎn)大于10倍晶粒尺寸，表面質(zhì)量和尺寸精度可按對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣加工，如：a)拉伸微試樣參照GB/T228.1《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》；b)疲勞微試樣參照GB/T26077《金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向應(yīng)變控制方法》及GB/T3075《金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法》；c)蠕變微試樣參照GB/T2039《金屬材料單軸拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法》；d)蠕變-疲勞微試樣參照GB/T38822《金屬材料蠕變疲勞試驗(yàn)方法》e)沖擊微試樣參照GB/T229《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》；f)斷裂韌性微試樣參照GB/T21143《金屬材料準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌性的統(tǒng)一試驗(yàn)方法》；g)疲勞裂紋擴(kuò)展微試樣參照GB/T6398《金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)方法》h)蠕變裂紋、蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展微試樣參照GB/T42903《金屬材料蠕變裂紋及蠕變-疲勞裂紋擴(kuò)展速率測(cè)定方法》C.4第三類試樣制備要求該類微試樣的表面質(zhì)量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果將產(chǎn)生明顯的影響，但影響小于疲勞微試樣。第三類微試樣制備要求如下：a)將試樣機(jī)加工至目標(biāo)尺