目前， 市場上存在許多標(biāo)準(zhǔn)體系， 各種標(biāo)準(zhǔn)體系間交叉重疊， 內(nèi)容繁雜， 標(biāo)準(zhǔn)水平參差不齊， 對標(biāo)準(zhǔn)的選擇和使用造成了許多障礙。本文以TC4鈦合金鍛件為例， 通過對比其關(guān)鍵指標(biāo)試驗 方法（化學(xué)成分分析， 室溫拉伸， 沖擊功， 斷裂韌性） 在國標(biāo)， 航標(biāo)和 ASTM 體系中的差異， 對各標(biāo)準(zhǔn)體系的特點進行總結(jié)， 加強對標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)性的認(rèn)識，以期對我國標(biāo)準(zhǔn)體系的改進升級工作有所幫助。
1、引言
新中國成立以來， 經(jīng)過改革開放 30 多年的發(fā)展， 我國的標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了令人矚目的成 績。到 2017 年底 我國共有現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 33547 項， 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)高達 11 萬項。另外， 還有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 百萬項。這些標(biāo)準(zhǔn)， 構(gòu)成了中國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系， 對規(guī)范和指導(dǎo)我國企業(yè)生產(chǎn)， 提高產(chǎn)品質(zhì)暈， 降低生產(chǎn)成本， 規(guī)范市場秩序， 開展國內(nèi)外貿(mào)易， 從而促進我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步起到了重要作用。
但是， 目前我國的標(biāo)準(zhǔn)體系仍然面臨著許多問題。我國標(biāo)準(zhǔn)依照 2017 年新修訂的《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》分為國 家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和團體標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)五個層次。其中， 除了強制性國家標(biāo)準(zhǔn) 以外， 其余均為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。各標(biāo)準(zhǔn)體系間沒有嚴(yán)格的業(yè)界劃分， 領(lǐng)域交叉混亂， 內(nèi)容繁雜重復(fù)， 同一產(chǎn)品往往存在大暈標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)暈參差不齊，規(guī)范程度極低，對標(biāo)準(zhǔn)的選擇和使用造成了極大的障礙和困難 。例如， 全國人大代表孫憲忠舉例說， 在他的調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn) ， 僅汽車燃用油標(biāo)準(zhǔn)就有 6000 多個， 標(biāo)準(zhǔn)的實 施難度可想而知。
鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬 ， 因具有強度高、耐蝕性好、密度小， 耐熱 性好等特點， 被廣泛用千航空、航天、汽車、造船、能源等領(lǐng)域。第一個實用的鈦合金是 1954 年美國研制成功的Ti-6Al-4V ( TC4) 合金， 由千它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好， 而成為鈦合金工業(yè)中的王牌合金， 該合金使用量已占全部鈦合金的 75%~85%。本次研究選擇 TC4 鈦合金鑄件作為研究對象， 通過對比國標(biāo)、航標(biāo)和 ASTM 體系下有關(guān) TC4 鈦合金鑄件的標(biāo)準(zhǔn)， 分析各標(biāo)準(zhǔn)體系的相通和差異處， 希望對我國標(biāo)準(zhǔn)化工作的精簡改進有所啟示。
2、對比分析
本次研究選擇TC4鈦合金鍛件的四項關(guān)鍵試驗標(biāo)準(zhǔn)作為對比項， 相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)編號列于表 l 。
表1 國標(biāo)、ASTM 和航標(biāo)體系下 TC4 鈦合金鍛件選用標(biāo)準(zhǔn)
| 國標(biāo) | ASTM | 航標(biāo) |
| 化學(xué)成分 | 0 B 4698 系列 | El941, El447 , El409, E539, E2371 | HB 5297 系列 |
| 室溫拉伸 | GB/T 228 | E8/E8M | HB 5143 |
| 沖擊功 | GB/T 229 | E23 | HB 5144 |
| 斷裂韌性 | GB/T 4161 | E399 | HB 5142 |
2.1、化學(xué)成分
針對鈦合金材料中可能出現(xiàn)的元素， 對國標(biāo)， ASTM 和航標(biāo)體系下每種元素的檢測方法 ， 檢測范圍進行了對比， 并以某幾種元素為例， 比較了各標(biāo)準(zhǔn)體系下精密度的要求， 列于表XXXXX附件。
從檢測方法看， 國標(biāo)以元素為出發(fā)點， 針對不同元素分別設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)， 并在標(biāo)準(zhǔn)中給出不同檢測方法， 包括化學(xué)檢驗法和儀器檢驗法， 方法多樣， 元素涵蓋范圍廣。另外， GB/T 4698.21 中提供的發(fā)光光譜法可同時檢測多元素。
ASTM 除了碳， 氫， 氧、氮非金屬元素外， 其他元素（金屬元素和硐、硅）檢測標(biāo)準(zhǔn)全部列在 X 射線熒光光譜法以及耦合等離子體原子發(fā)射光譜法中， 元素涵蓋范圍廣， 方法統(tǒng)一， 系統(tǒng)性， 整合性強。
航標(biāo)的元素檢測標(biāo)準(zhǔn)偏化學(xué)方法（容暈法， 重暈法）和分光光度法， 在常見元素的基礎(chǔ)上， 測重針對單獨元素（鋁、饑、銘、鉗、銅、鉛等）提供多種學(xué)化分析方法。
從檢測范圍看， 航標(biāo)由千化學(xué)檢測方法較多， 其檢測下限略高千國標(biāo)和 ASTM 。國標(biāo)的部分元素檢測范圍與 ASTM 相當(dāng)， 但部分元素檢測下限與 ASTM 相差一個數(shù)量級。
國標(biāo)和航標(biāo)體系中， 元素檢測的精確度以不同元素含暈區(qū)間內(nèi)允許差范圍來表示， 對千某些元素（例如鐵）有時直接提供允許差經(jīng)驗計算公式。ASTM 選取特定含量的試驗樣本送至多個實驗室進行測試， 記錄樣本含量， 實驗室數(shù)量， 從實驗室結(jié)果計算 SM, SR, R 等一系列數(shù)據(jù)。因此， ASTM 的允許差計算結(jié)果僅針對選取樣本的特定元素含暈， 而不是明確給出某一元素含暈區(qū)間的通用允許差。受歸一性影響， 這些計算獲得的數(shù)據(jù)在實際使用中可能不如國標(biāo)和航標(biāo)直接， 但優(yōu)勢是思路和流程清楚， 數(shù)據(jù)來源和結(jié)果均有據(jù)可查。對主要元素碳、氫、氧、氮、銅、鐵在不同標(biāo)準(zhǔn)體系下的精確度進行了對比， 總體來看， 國標(biāo)和航標(biāo)的允許差與ASTM的規(guī)定基本保持一致，部分元素存在差異，但影響基本可以忽略（國標(biāo)的允許差要求有時比ASTM 更嚴(yán)格）。值得一提的是， ASTM 的元素檢測范圍下限往往稍低千國標(biāo)和航標(biāo)， 可見 ASTM 更注重痕暈元素的檢測。
2.2、室溫拉伸
國標(biāo)、航標(biāo)和 ASTM 對千室溫拉伸的試驗標(biāo)準(zhǔn)對比結(jié)果見表2。依有關(guān)單位請求， GB/T 228 中的R7號試樣被用作主要對比物。
表2 國標(biāo)、 ASTM 和航標(biāo)體系下 TC4 鈦合金鍛件室溫拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)對比
| GB/T 228 R7 試樣 | ASTM E8/E8M | HB 5143 |
| 試驗機 | 按照 GB/T 16825.1進行校準(zhǔn)準(zhǔn)確度： 1 級或優(yōu)于 1 級 | 拉力試驗機應(yīng)滿足E4 的要求，試驗力不超出按 E4 校準(zhǔn)的試驗機的能力范圍 | 試驗機按 JJG 139 和 JJG 475定期
檢定， 示值誤差為±1%, 示值變動為 1% , 示值進回程差為 2% |
| 試樣規(guī)格 | R7 試樣： 5mm 圓形橫截面試樣，原始標(biāo)距為5d0或 10d0 | 接近的規(guī)格尺寸是 6mm 或者 4mm, 試樣的原始標(biāo)距分別是5d0或者4d0； 客戶未指定是優(yōu)先選用4d0 | 具備相同規(guī)格的試樣尺寸，試樣的原始標(biāo)距指定為25mm或50mm |
| 拉伸速率 | 推薦應(yīng)變速率0.00025s-1， 屈服后拉伸速率為0.0067s -1 | 推薦的屈服階段拉伸應(yīng)變速率為 0.00025s -1 , 但針對航空用材料（高溫合金和鈦合金），推薦的應(yīng)變速率為0.000083s-1，屈服后的拉伸速率為 0.00083~0 0083s-1 | 推薦的屈服前拉伸速率為 0.00025-
0 0025s-1 , 屈服后的拉伸位移速
率為 0.4Lc/rnm |
| 結(jié)果修約 | 拉伸強度： 修約至 lMPa 斷后伸長率：
修約至 0 5%: 斷面收縮率： 修約至 1% | 拉伸強度：
<500MPa 時修約至 IMPa, 500~1000MPa時修約至10MPa;
伸長率:
≤3 %時修約至 0.2%, >3%時修約至0 5%;
斷面收縮率：
<10% 時修約至0 5%, ≥10% 時修約至 1% | 拉伸強度：
≤200MPa 時修約至lMPa , 200~1000MPa 時修約至5MPa,≥1000MPa時修約至10MPa;
伸長率：
≤5%時修約至0.1%, ＞5%時修約至0.5%, ＞10%時修約至1%;
斷面收縮率：
≤25%時修約至0.5%,≥10%時修約至1% |
通過對比可知， ASTM 的試樣規(guī)格與國標(biāo)和航標(biāo)接近， 拉伸速率無明顯區(qū)別。拉伸強度的修約 ， ASTM 與航標(biāo)接近； 伸長率和收縮率， 航標(biāo)的修約標(biāo)準(zhǔn)比 ASTM 和國標(biāo)細(xì)致。
2.3 沖擊功
國標(biāo)、航標(biāo)和 ASTM 對千沖擊功的試驗標(biāo)準(zhǔn)對比結(jié)果見表3。
表3 國標(biāo)、ASTM 和航標(biāo)體系下 TC4 鈦合金鍛件沖擊功試驗標(biāo)準(zhǔn)對比
| GB/T 229 | ASTM E23 | HB 5144 |
| 錘刃半徑 | 2mm 或 8mm | 8mm | 2~2.5mm |
| 試樣規(guī)格 | 可采用 U 型缺口或 V 型缺口，且 U 型缺口深度允許2mm 或者 5mm | 試樣規(guī)格為2mm 深度的 V 型缺口試樣和
5mm 深度的U 型缺口試樣 | V 型， U 型各 2mm |
| 試驗參數(shù) | 有過冷度（過熱度）的補償方法； 要求環(huán)境溫度為 23±5℃, 在氣態(tài)低溫高溫介質(zhì)中
的保溫時間至少20min | 沒有過冷度（過熱度）的補償方法 ， 要求環(huán)境溫度為 20±5℃,
氣態(tài)高溫低溫介質(zhì)中保溫30min | 未規(guī)定不符合其他環(huán)境溫度下的沖擊試驗 |
| 結(jié)果修約 | 沖擊能量值有符 號表示， KV2、KU2 等； 要求試驗結(jié)果至少保留兩位有效數(shù)字 | 沒有符號表示， 以語言直接描述最終的結(jié)果。對結(jié)果的數(shù)值修約沒有要求 |
|
| 結(jié)果有效性判定 | 1）未斷試樣吸收能橄未超過試驗機能力的 80%, 可以報出沖擊吸收能量， 或與完全斷裂試樣結(jié)果平均后報出；
2）試樣吸收能量超過試驗機能力的 80%, 應(yīng)報告為近似值， 并注明超過試驗機能 力的 80%;
3）對于由于試驗機打擊能量不足， 試樣未完全斷開， 吸收能量不能確定， 報告應(yīng)注明試樣未斷開；
4）試樣卡錘， 試驗結(jié)果無效 | 只規(guī)定了試樣吸收能量超過試驗機能力的 80%, 否則無效 | 規(guī)定了誤操作，卡錘現(xiàn)場和試樣有明顯淬火裂紋的結(jié)果無效 |
對比可知，國標(biāo)的錘刃半徑比 ASTM 多了 2mm 選項，而航標(biāo)的錘刃半徑范圍在2~2 .5mm。試驗參數(shù)上， 國標(biāo)提供了過冷度（過熱度）的補償方法， 且氣態(tài)高溫低溫介質(zhì)保溫時間和ASTM 有一定區(qū)別。結(jié)果修約及有效性方面， 國標(biāo)的規(guī)定較ASTM 更為詳細(xì)。
2.4 斷裂韌性
國標(biāo)、航標(biāo)和ASTM 對于斷裂韌性的試驗標(biāo)準(zhǔn)對比結(jié)果見表4。
表4 國標(biāo)、 ASTM 和航標(biāo)體系下 TC4 鈦合金鍛件斷裂韌性試驗標(biāo)準(zhǔn)對比
| GB/T 4161 | ASTM E399 | HB 5142 |
| 試樣規(guī)格 | 規(guī)定了三點彎曲、緊湊拉伸兩種試樣規(guī)格， 另外推薦了 C 形拉伸試樣和圓形緊湊拉伸試樣兩種規(guī)格的試樣，要求試樣的設(shè)計尺寸滿足以下三個條件，試樣才是有效試樣：
B≥2.5(Kic/Rp0.2)2
a≥2.5(Kic/Rp0.2)2
W-a≥2.5(Kic/Rp0.2)2
| 規(guī)定的試樣規(guī)格與GB/T 4161 相同，試樣的缺口類型增加了山形缺口。試樣尺寸要求滿足韌帶尺寸W-a≥2.5(Kic/Rp0.2)2
的基本條件 |
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| 試驗參數(shù) | 斷裂韌性試驗的拉伸速率應(yīng)為0.5~3MPa.sqrt(m)/s | 應(yīng)力強度因子的加載速率在0.55~2.75MPa.sqrt(m)/s | 應(yīng)力強度因子速率同ASTM E399 |
| 試驗結(jié)果修約 | 規(guī)定Kic結(jié)果保留三位有效數(shù)字 |
|
|
| 結(jié)果有效性判定 | 規(guī)定試樣厚度、裂紋長度、韌帶尺寸都要大于2.5(KqRp02)2, 且Pmax/Pq 要求小于1.10, 否則是無效 | 只要韌帶尺寸大于2.5(Kq/Rp0.2)2, 且 Pmax/Pq要求小于1.10, 則Kq為有效的Kic, 否則是無效 | 試樣厚度、裂紋長度大于2.5(Kq/Rp20)2，且Pmax/Pq要求小于1.10, 否則是無效 |
通過對比可知， 試樣規(guī)格上， ASTM 添加了山形缺口類型， 尺寸要求較國標(biāo)較為簡單。參數(shù)方面， GB/T 4161要求斷裂韌性試驗的拉伸速率應(yīng)為0.5~3MPa·sqrt(m)/s;ASTM E399要求應(yīng)力強度因子的加載速率在0.55~2.75MPa·sqrt(m)/s。HB 5142的應(yīng)力強度因子速率與ASTM E399 相同。結(jié)果修約及判定方面，對于KIC實驗無效的判定， 國標(biāo)比 ASTM 多出了試樣厚度和裂紋長度規(guī)定， 而航標(biāo)未規(guī)定韌帶尺寸。
3、結(jié)論
國家標(biāo)準(zhǔn)GB大部分修改采用的ISO標(biāo)準(zhǔn)， 根據(jù)ISO國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂情況完成相應(yīng)的國標(biāo)制修訂工作， 最新版本更新相對較晚發(fā)布。HB是由原中航工業(yè)的研究所制定的航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 版本基本以1996年的版本為主，目前更新較少， 因此，在本次對比中， 航標(biāo)的存在感明顯弱于國標(biāo)和ASTM。ASTM是美國材料與試驗協(xié)會制定的團體標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)更新頻率相對較高。
總體看來，國標(biāo)和ASTM的標(biāo)準(zhǔn)各有優(yōu)點。以化學(xué)成分分析為例， 國標(biāo)更注重方法的可用性， 基本所有的仲裁方法都是化學(xué)檢測法， 試驗流程和結(jié)果分析也更加理論化； 而ASTM 標(biāo)準(zhǔn)注重系統(tǒng)性和普適性， 整體結(jié)構(gòu)清晰，尤其是將絕大部分元素并入光譜檢測標(biāo)準(zhǔn)，有效地簡化了標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜程度 ，降低了管理難度， 使標(biāo)準(zhǔn)能夠更好地履行規(guī)范市場的作用。
另外， 在本次對比中， 發(fā)現(xiàn)國標(biāo)和航標(biāo)存在著許多交叉重復(fù)的內(nèi)容， 這對我國標(biāo)準(zhǔn)推廣和管理工作造成了極大的阻礙， 這種現(xiàn)象在筆者進行的另一項研究工作中也有體現(xiàn)。為此， 應(yīng)該盡快展開我國標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)精簡工作， 通過對比現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系的內(nèi)容， 完整性， 適用性， 科學(xué)依據(jù)， 規(guī)范性， 更新頻率等因素， 取其精華， 除其繁冗， 形成一個綜合完善的標(biāo)準(zhǔn)體系， 一個真正有實力參與國際標(biāo)準(zhǔn)化競爭的標(biāo)準(zhǔn)體系。
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