目前， 市場上存在許多標(biāo)準體系， 各種標(biāo)準體系間交叉重疊， 內(nèi)容繁雜， 標(biāo)準水平參差不齊， 對標(biāo)準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)準體系的特點進行總結(jié)， 加強對標(biāo)準科學(xué)性的認識，以期對我國標(biāo)準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 33547 項， 行業(yè)標(biāo)準、地方標(biāo)準高達 11 萬項。另外， 還有企業(yè)標(biāo)準數(shù) 百萬項。這些標(biāo)準， 構(gòu)成了中國的技術(shù)標(biāo)準體系， 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)準體系仍然面臨著許多問題。我國標(biāo)準依照 2017 年新修訂的《中華人民共和國標(biāo)準化法》分為國 家標(biāo)準、行業(yè)標(biāo)準、地方標(biāo)準和團體標(biāo)準、企業(yè)標(biāo)準五個層次。其中， 除了強制性國家標(biāo)準 以外， 其余均為推薦性標(biāo)準。各標(biāo)準體系間沒有嚴格的業(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。這些標(biāo)準質(zhì)暈參差不齊，規(guī)范程度極低，對標(biāo)準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)準就有 6000 多個， 標(biāo)準的實 施難度可想而知。
鈦是 20 世紀 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， 分析各標(biāo)準體系的相通和差異處， 希望對我國標(biāo)準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)準作為對比項， 相應(yīng)的標(biāo)準編號列于表 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
| 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， 并在標(biāo)準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進行校準準確度： 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)準比 ASTM 和國標(biāo)細致。
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。
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 |
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| 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GB大部分修改采用的ISO標(biāo)準， 根據(jù)ISO國際標(biāo)準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， 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，標(biāo)準更新頻率相對較高。
總體看來，國標(biāo)和ASTM的標(biāo)準各有優(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，有效地簡化了標(biāo)準的復(fù)雜程度 ，降低了管理難度， 使標(biāo)準能夠更好地履行規(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)準系統(tǒng)精簡工作， 通過對比現(xiàn)有標(biāo)準體系的內(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)準體系， 一個真正有實力參與國際標(biāo)準化競爭的標(biāo)準體系。
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