ASTM 51913 氢脆性试验中文翻译.docx
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ASTM51913氢脆性试验中文翻译
1.范围
1.1该方法描述了机械试验方法和定义了会引起钢氢脆的涂层和镀层处理过程的验收标准。
也能对随后暴露在化学产品如工作介质，清洗处理、化学维护品接触的涂层/镀层，或者是裸钢进行评估。
1.2此方法的目的不是在于测定不同金属的相对敏感性。
不同金属的氢脆性相对敏感性可以按照F1459和F1624的测试方法确定。
1.3该测试方法详细说明了按照SAEAMS-S-5000（以前是MIL-S-5000）以基线260~280ksi（1000*磅/英寸）进行热处理空气熔炼AISIE4340钢的使用。
合金和热处理的结合已经应用了很多年，积累了一个关于航空航天工业产品暴露在组分多样的维护化学品中或者电镀涂层，或者两种情况同时存在的情况下的明确影响的庞大数据库。
极限强度大于260~280ksi的部件不能代表基线。
在这些情况下，监督工程的权威应从特定材料，合金的热处理条件的方面来确定生产试件的需要。
基线的偏差应按照12.1.2部分所要求的那样进行报告。
每批样品都应按照9.5的详细说明做氢脆性腐蚀敏感性试验。
1.4实验过程和验收标准都应用七个不同型号，尺寸和加载方式的试样说明。
1.5通过/不通过试验要求—对于电镀/涂层过程在表3中水平所示样件必须满足或超过200h连续负重。
1.5.1负载环境和通过/失败工作环境要求详见附录A5。
1.5.2如果得到了监督工程权威的许可，附录A3中定义定量加速（≤24h）的增量分级载荷试验（ISL）可能优于持续负载测试（SLT）。
1.6本测试方法分为两部分，第一部分为氢脆性试验试验要求相关的基本信息。
第二部分由附录组成，给出了本方法涵盖的对多种多样的载荷和样件形状的特殊要求（一系列型号见9.1）和试验工作环境的细节。
1.7数值用英尺-磅-秒（秒）单位系统中的英寸-磅被认为是标准单位。
括号中给出的数据是转换成国际单位制后的数值，仅作为信息和参考标准。
1.8此标准不能用来处理除了和其应用有关的安全问题。
此标准的应用者有责任在使用前建立一个合适的安全和健康使用方法和适当的监管限制
2.参考文件
2.1ASTM标准
B374电镀的相关标准术语
B851在镍,自动催化镍或铬镀覆或者最后镀层之前金属制品自动控制喷丸硬化的标准规范
D1193试剂水标准规范
E4试验机力鉴定规程
E8金属材料拉伸试验方法
E18金属材料洛氏硬度标准测试方法
E29用试验数据中有效数字来确定是否符合规范的规程
E691开展实验室间研究以确定试验方法精度的规程
E709磁粉检验的标准指南
E1417液体渗透检验的标准规程
E1444磁粉检验方法
E1823疲劳和裂纹测试相关的标准术语
F1459测定金属材料对气态氢脆敏感度的试验方法
F1624 用阶跃载荷增量技术测量钢氢脆阈限值的试验方法
F2078氢脆试验的有关标准术语
G5进行静电位和动电位阳极极化测量的参考试验方法
G38 C环形应力腐蚀试验样品的制作和使用规程
2.2SAEAMS标准
AMS2430（R）喷丸、自动
AMS2759/2低合金钢零件的热处理最小拉伸强度大于等于220KSI（1517MPa）
AMS2759/11钢零件的应力消除
AMS6360钢管，无缝管-0.95cr-0.20mo（0.28-0.33c）（SAE4130）正火或消除应力
AMS-QQ-P-416电镀镉
AMS-S-5000铬-镍-钼（E4340）钢棒材和锻坯件
2.3军方和联邦标准商用条款描述
MIL-PRF-16173腐蚀预防化合物，溶剂稀释，冷应用
CIDA-A-55827 工业三氧化铬
3.术语
AISI=美国钢铁协会
d/W=凹槽深宽比
d/D=凹槽的内径外径比
ESH=环境、安全和健康
HRC=洛氏硬度C级
ID=内径
ISL=增量分级载荷
kip=负载磅×1000
ksi=1000磅负载/英寸
K1=应力集中系数
LS=长度高度方向
NFS=切口断裂强度
OD=外径
psi=磅/平方英寸
RMS=均方根
SAEAMS=汽车工程协会航天材料技术规格
SCE=饱和甘汞电极
SLT=持续负载测试
T.I.R.=全部指示灯熄灭
4.测试方法的总结
4.1电镀/涂层程序—无应力试验试件是干净，电镀/涂层和裸露（如果适用）满足规程的程序被认为是合格的。
试件之后要在大气中保持在续应力下来测试断裂或者完成实验的时间。
4.2工作环境
试件在工作环境条件下试验，随后的在环境中暴露或者是施加应力在附录中进行描述。
如果电镀试件或者涂层试件用来评估从工作环境，那么电镀和涂层过程必须确定可以满足4.1部分。
5.意义与应用
5.1电镀和涂层过程
此方法提供了来探测操作过程严格控制加工生产时钢的可能性氢脆性腐蚀，如表面处理、预处理和电镀/凃漆过程。
此方法也用于新电镀/涂漆过程的质量测试和控制电镀/凃漆程序的定期检查审核。
5.2.工作环境——本方法提供了一种探测由于在加工，检查，和服役时间过程中和化学试剂接触引起的氢脆性的方法。
在服役环境下的测试方法详见附录5.
6.仪器
6.1.试验仪器——试验仪器应该符合校准说明，应力范围分辨率和得到惯例E4和试验方法E292。
6.1.1用测试仪器测定力的方法测定有切口的环形张力试件，需要通过分析计算如自重或者杠杆臂式悬挂机器，或者用常规经验测定方法（电子输出）如张力计算测力传感器。
通过载荷环挠曲来推得的试验加载估算值不允许的。
除非试件柄的结合点可塑性是已知的。
这点已在惯例E4和试验方法E8/E8M允差中做出了解释。
张力计算测力传感器测试方法和结果可以用来载荷环的相关检测。
6.2.制动装置——可能用不同的制动装置产生张力或者弯曲力来传导负荷施加于试验仪器或者自身加载框架来测试试件。
6.3.串联加载——试件可能被单独或者一系列并联装在试验架上。
所有单独装在试验架上的试件都有相同的认证NFS±1%.在这个事件中一个或者更多试件断裂，断裂试件需要移走，并用仿制试件代替并且将载荷链恢复载荷。
剩下的试件总共负载时间（即，试验期间）应加上所有的时间-关闭-附载，如6.3.1所述。
预固化标准和权威的认证工程可能选出限制加载每个试验框架一个试件。
6.3.1.负载延时（ETUL）——如果总的卸载-加载时间（墙锁）超过总的测试时间的10%（例如。
200h试验20h）；然后负载时间被卸载-加载时间数量延长超过10%（也就是超过20h）预固化标准和权威的认证工程可能选出搁置延长负载方案。
SLT例1
四个来自同一电镀池的四个镀镉试件放置在一个单独的SLT试验框架上，作为月度的电镀池查证。
180h（负载初始时间=180h）后四个试件中的一个断裂，发现断裂试件，用模拟体代替，把剩下的三个试件放回施负载（卸载-加载时间=8h）用了8h。
因为卸荷载荷时间（8h）少于总试验时间的10%（200h的10%=20h）所以不需要延长载荷时间。
因此剩下的试件的总共的加载时间为200h。
SLT例2
代表5个不同电镀池（A、B、C、D、E）的二十个镀镉试件放置在一个独立的SLT测试框架上，作为月度的电镀池查证。
来自A池的一个试件在100h后断裂，B池的一个试件在120h后断裂，C池的一个试件在140h后断裂。
每个断裂的试件的发现，用模拟体代替，将剩余的试件放回加载需要花费8h（总的卸载-加载时间=8+8+8=24h）,总的卸载-加载时间（24h）超过了总试验时间的10%（200h的10%=20h）4h。
因此加载时间必须增加4h，因此剩下的试件的总共的加载时间为204h。
6.4.工作环境——一个惰性的相对于试件或者电耦合补偿独立的容器和框架装置在大气试验中使用。
按照试验方法G5试件潜在的腐蚀可以用通过饱和甘汞参比电极或者装置等效参考电极如Ag/AgCl。
7.材料和试剂
7.1.材料：
7.1.1.按照AMS-S-5000（之前是MIL-S-5000）气融AISIE4340
7.1.2.氧化铝（150目或更细）和180目的金刚砂纸
7.1.3.满足AMS2430的不锈钢丸
7.2.试剂
7.2.1.满足MIL-PRF-16173,2级要求的防腐化合物
7.2.2.氰化镉电镀池（SAEAMS-QQ-P-416，以前是联邦规程QQ-P-416），表2
7.2.3.化学维护品，清洁剂，除漆剂和水介质
7.2.4.铬酸（CIDA-A-55827，之前是联邦规程O-C-303D）
7.2.5.水（D1193，Ⅳ型）
8.危害
8.1.环保，安全和健康（ESH）:
8.1.1.设备，材料，溶剂和发射（如有应用）需要适用于ESH管理规定来控制，操作，使用，和处理。
9.测试试件
9.1外形
9.1.两种试件的尺寸图纸和偏差在下列附录中给出：
9.1.1.1.1型—有切口的试件
1a.:
凹槽，圆形，张力
1a.1—标准尺寸—图A1.1附录A1
1a.2—大尺寸—图A1.2附录A1
1b.凹槽，圆形，张力自载荷装置—图.A2.1-A2.5附录A2
1c.凹槽，圆形，弯曲自载荷装置—图.A2.6图A2.7附录A2
1d.凹槽，C-环，弯曲自载荷装置—图.A2.8图A2.9附录A2
1e.凹槽，方形，弯曲—图A3.1附录A3
9.1.1.2.2类平滑试件
2a.O-环，弯曲自载荷装置—图A4.1附录A4
9.1.2.齿轮型张力，环装弯曲和直角弯曲试件需要在纵向上施加载荷，但是C-环或者O-环正常情况必须从纵向施加载荷。
9.2.厂家
9.2.1.利用有限元分析（FEA）和图纸上的尺寸计算每个试件类型的应力集中系数（K1）。
注1——ASTM的调查报告记录过程分析，未来版本中可能会有参考数据。
类型
K1
最小A
名义上的
最大A
1a.1
3.16
3.30
3.48
1a.2
3.31
3.59
3.76
1b
2.86
3.07
3.33
1c
3.30
3.45
3.62
1d
3.73
4.03
4.42
1e
3.95
4.27
4.60
2a
NA
NA
NA
A:
最小和最大K1s尺寸公差的计算从最坏情况组合的尺寸公差开始计算。
9.2.2.如果60°角凹槽不能在凹槽根部电镀/凃漆，那么在经过监督工程权威的实现批准的情况下可以采用90°±1°角的。
注2——有限元分析决定了试件的凹槽由60°角换成90°角对K1的影响是可以忽略的。
故尺寸的变化不需要偏差补偿因子。
但是，偏差需要按照12.1.2的要求进行报告。
9.2.3.试件基本材料的环境是标准化和可调的。
热或者冷拔棒料，气融AISIE4340钢按照AMS-S-5000，热处理按照AMS2758/2A级处理到按照测试方法E18测得拉伸强度在260和280ksi之间（51到53C级洛氏硬度）,C级洛氏硬度的三次测定平均值在50.6到53.4的试件弯曲按照E29。
9.2.3.1.只有通过了认证工程的权威认可才可以用其他钢或者最终硬度替代。
基线的偏差需要需要按照12.1.2来进行报告。
9.2.4.需要粗糙机器栏
9.2.5.按照AMS2759/2A级或B级，强度在260到280ksi的热处理是最后一步：
9.2.5.1.在保护气条件1500—1550℉下奥氏体化，然后再油中淬火。
9.2.5.2.二次回火，每个2h，425~490℉。
9.2.6.通过拉4个试件来热处理效果满足方法E8/E8M和表1。
9.2.7.完成机器的简化部分和凹槽形状。
9.2.7.1.整个凹槽都应该磨削至该有的尺寸。
9.2.7.2.不允许对凹槽进行单点加工。
9.2.7.3.不允许对凹槽进行抛光。
9.2.7.4.不允许在试件生产过程中进行喷丸加工/爆破/机械清洗。
9.2.8.打磨过后，所有的试件都应按照AMS2759/11经过一个4—5h在375±25℉（190±14℃）减压烘烤。
适当的防止表面氧化而变色的保护措施。
9.2.9.禁止酸或者阴极清洗。
9.2.10.最终加热处理后不允许较值。
9.3.储存
9.3.1.在降压考之后，所有试件都应在储存过程中免受腐蚀。
一种适当的保护方法是用满足MIL-PRF-161732级要求防腐成分的涂层。
9.4.检查
9.4.1.一组的试验试件需要是从相同热处理的钢的相同部位切下的，一起在相同的炉膛热负荷里进行热处理，淬火，温和并且共同遵从相同的生产程序。
9.4.2如果该组的样品的检查结果符合表1和9.5的要求，该组的所有凹槽试件都应适用于试验目的。
9.5.灵敏度试验
9.5.1.为了说明一组试验试件的氢脆性需要在满足第9部分的生产和检查之后暴露6个试验试件在两种不同的氢脆化环境中。
9.5.1.1.三个时间需要在高脆性条件下在用方法B（表2）在轻氰化电镀池镉进行电镀。
剩下的三个需要在低氢脆化条件下的方法B进行电镀。
在权威监督机构认可的情况下才可可用敏感度程度证明是和表2中等价的电镀/凃漆或者施加电势代替。
9.5.2.使用SLT方法，如果三个试件在如表3所示的持续加载后，在方法A电镀的全部在24h之内都断裂或者三个试件在方法B的情况下在200h内都没断裂说明试件的灵敏度合适。
9.5.3.使用ISL试验方法只有所有的三个试件用方法A电镀开始在少于50%NFS产生裂缝和所有时间在方法B条件下电镀在90%NFS（详见表3）断裂，试件的灵敏度才合适。
该标准用的加载文件是15个5%NFS加载增量保持3个小时每小时增加5个5%NFS增量两小时，或者（15/5/1）+（5/5/2），总共最大限制为24h最大预期加载量为100%NFS。
9.6.证明
9.6.1.每组试件的生产和销售都需有满足本章的条件的书面证明，包括以下信息：
9.6.1.1.生产试件批号
9.6.1.2.钢材供应商，热数据，化学组分的证书和热处理结果。
9.6.1.3.试件组的热处理程序
9.6.1.4.表1和9.6要求的试验结果，包括相应的x.xxkips单位表示下的平均破裂载荷。
10.过程
10.1.电镀和涂层过程：
10.1.1.试件的数量——每次试验最小使用4个试件。
10.1.2.试件的重复——使用按照此试验方法生产和试验的试件只能使用1次，剥离和重新使用试件是被禁止的。
10.1.3.电镀/凃漆覆盖——目测检查整个试件除了沟槽处都应被电镀和涂层覆盖。
10.1.4.掩蔽试件的沟槽部分——为了避免对试验设备的干扰，需要遮蔽试件的沟槽部分来防止电镀/涂漆沉积。
如果对沟槽遮蔽了，需要进行报告。
10.1.5.遮蔽去防止氢逃生路径——无孔的电镀和涂层如镍或者是轻镉氢的外扩散。
因此当电镀/涂层这些类型的电镀试件，留出试件的一部分不电镀/涂层氢其可以烘出。
接下来的指导是为坚硬，无孔电镀/涂层试件来建立的。
10.1.5.1.所有的凹槽类型（1a.1,1a.2,1b,1c,1d和1e）——整个凹槽和凹槽两边各0.5英寸需要电镀/涂层。
10.1.5.2.2a型光滑环——只边缘需要掩蔽，整个内径和外径都需要电镀/涂层。
10.1.6.尺寸对应应力计算——在应力计算中应用裸金属试件的尺寸。
10.1.7.持续负载（SLT）方法
10.1.7.1.负载——持续负载需要符合表3的情况。
10.1.7.2.时间——持续负载需要保持200h。
最终断裂时间需要可靠的继电转换器进行电子监控。
10.1.8.另一种，增量分级载荷（ISL）加速试验（≤24h）按照文件附录3所示并且如果权威认证工程许可的话可以进一步使用方法F1624。
10.2.工作环境
10.2.1.试验草案（数量、载荷和时间）需要按照附录A5详细说明。
11.结果分析
11.1.不断裂——SLT试验如果按照表3加载，200h内没有电镀/涂层试件断裂电镀/涂层过程可认定是无氢脆性。
自负载试件类型（1b，1c，1d和2a）需要按照惯例E1417用磁性粒子进行检查或者用液体渗透剂按照惯例E1417进行确定是否开始断裂，但不是由于载荷放松。
11.2.四个中有一个断裂——最少四个试件中的一个持续负载200h之内断裂，剩下的三个试件需要在保持载荷200h之后，分级加载每2h从5%到90%NFS。
如果三个剩下的试件保持90%NFS2h，电镀/涂层过程可认为是无氢脆性。
11.3.两个或更多试件断裂——在保持载荷暴露时间内如果试件中的两个或者更多断裂，则认定电镀/涂层过程有氢脆性。
11.4.重置试验——重置试验必须在失败的原因都被确认异常之后进行。
11.4.1.原因的确定——如果确定了试件电镀/涂层过程中的错误或者如果断裂试件的冶金检查预示着试件存在生产缺陷，则试验失败可能会裁定为异常。
11.4.1.1.已有的试件缺陷如裂痕、磨削烧伤或者非金属夹杂物都是导致试验无效和重置试验的依据。
11.4.1.2.在除了凹槽位置的任何部位断裂证明试验是错误的。
也是所有凹槽试件重置试验的基本。
11.4.2.试件的数量——重置试验需要使用四个试件，如果有任一试件在重置试验中断裂，则认为电镀/涂层过程是有氢脆性的。
如果按照11.4.判断结果异常的话，则应重置。
12.报告
12.1.试验记录或者试验报告应该在试验完成后，至少包含12.1.1.到12.1.6.的信息。
12.1.1.一组满足表1和9.5要求的满意度和灵敏度的认证记录/报告明确指出试件在试验过程的切口断裂强度（NFS）。
12.1.2.测试试件的类型和数量包括几何基线的偏差，材料，回火，K1，或者环境气体
12.1.3.电镀/凃漆过程和试验环境（浓度、温度等等）的说明（如果没有环境气体。
）
12.1.4.施加的保持或者极限载荷，NFS的百分数或未电镀试件弯强度曲、或者合适的测试样本试件的代替。
12.1.5.在测试框架上的试件的数量，NFSs的证明和试件断裂随时间减载的详情。
12.1.6.试验环境下的载荷时间。
12.1.7.如果试件满足要求，如观察到断裂，则需要报告，报告应如实陈述。
如果调用了11.2.的分级加载草案，需要阐明关于断裂。
并且需要在证书上用文字详细注明。
13.精密度和偏差
13.1.精密度——9.5中的灵敏度试验要求和11.的认可和相关标准都用来判断精密度，并且会随着施加的应力和试验试件的尺寸变化精密度。
13.2.偏差——随机组对组偏差试件属性的偏差和原材料或者试件厂家相关
14.关键词
14.1.清洁剂；涂层；延迟破坏；液体；氢脆化；维护化学品；电镀/涂层；钢；应力断裂；临界值
类型
项目名称
每批样品
要求/方法
1
张力强度
每组4个
试验方法E8.每个试件的张力强度平均值在10ksi
1
硬度A
5%
根据测试方法E8C级洛氏硬度51到53按照惯例E29平均每个试件的三个读数
1
尺寸
100%
满足相应图形的容差切口尺寸50到100x或等同投影图形阴影
1
切口断裂强度
10ea
测试方法E8/E8M每个试件的NFS必须在平均值的10ksi以内。
1c
自动载荷,圆形切口试件弯曲装置。
图A2.7
10ea
交变：
加载螺栓的转数用来产生每个试件的断裂，必须在平均值的5%
1d
自动载荷C-环形切口弯曲装置。
图A2.8
10ea
交变：
每个试件的断裂载荷在直径的变化必须在平均值的0.008英寸
表1.凹槽试件满意度标准
A:
如果任一样品试件的硬度要求不满足，这些试件所在的组的试件需要进行单独检查，符合要求的可以用于试验。
oz/gal盎司/加仑
表2电镀池成分和敏感度试验的操作条件
项目
方法A
方法B
电镀池成分：
隔（如CdO）
总氰化物（NaCN）
NaCN/CdO
pH
温度
氢氧化钠（NaOH）A
范围
2.9到5.5oz/gal（22到41g/l）
12.0到16.0oz/gal（89.9到120g/l）
2.8/1到6.0/1
≥12.0
70到90℉（21到32℃）
1.0到3.2oz/gal（7.5到24.0g/l）
最佳条件
4.5oz/gal（33.7g/l）
14oz/gal（140g/l）
3.0/1
12.0
75℉（24℃）
2.5oz/gal（18.7g/l）
同法A
同法A
同法A
同法A
同法A
同法A
増亮剂（如Colcad100B或等同物质）
电镀电流密度
电镀时间
烘烤
烘烤温度
烘烤时间：
1型试件
烘烤时间：
2型试件
铬酸盐处理C
生产厂家建议范围
10A/ft2（108A/m2）
30min
375±25℉（190±14℃）
不烘烤
8h
可以
无
60A/ft2（645A/m2）
6min
同法A
23h
23h
同法A
A:
液体组成可能不要求添加氢氧化钠,因为添加1oz/gal的CaO相当于0.6oz/gal自由的氢氧根。
B:
现阶段俄亥俄州布伦瑞克的哥伦比亚化学试剂委员会唯一知道的Colcad100生产厂家，。
如果您发现其他的生产厂家，请为ASTM国际设计总部提供信息。
我们可能会要请您参加一个可靠的技术会议，将会在上认真讨论您的建议。
C:
烘烤过后，试件应浸泡在合适的转换涂层铬酸盐溶液中来获取最小时间，会产生一个AMS-QQ-P-416如描述的附着的、连续的涂层。
类型1a，1b，1c，1d，1e
75%的张力或者弯曲NFS（表1）
类型2a
92%的测试方法E8/E8M。
E4最终强度，通过用2.525英寸的应力条偏转2.300-英寸直径的O-形环试件得到
表3通过/失败测试试件的加载试验要求
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