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常用的金屬材料疲勞極限試驗方法(一)
閱讀：3441 發(fā)布時間：2016-11-17
（一）試驗方法及試樣類型
單點疲勞試驗適用于金屬材料構(gòu)件在室溫、高溫或腐蝕空氣中旋轉(zhuǎn)彎曲載荷條件下服役的情況。
該種方法在試樣數(shù)量受限制的情況下，可近似測定疲勞曲線并粗略估計疲勞極限。試驗所需的疲勞試驗機(jī)一般為彎曲疲勞試驗機(jī)和拉壓試驗機(jī)，試驗機(jī)應(yīng)滿足彎曲載荷誤差不大于±１％，為避免試樣振動，試驗選擇的頻率應(yīng)適用于材料、試樣和試驗機(jī)的組合。
不同類型的試樣得到的試驗結(jié)果不同，因此同一批試驗所使用的試樣應(yīng)具有相同的直徑、形狀和尺寸公差。根據(jù)ＧＢ／Ｔ４３３７－２００８《金屬材料疲勞試驗旋轉(zhuǎn)彎曲方法》規(guī)定，單點疲勞試驗的試樣其試驗部分分為圓柱形、圓錐形和漏斗型3類，如圖１所示。
單點疲勞試驗一般需要８～１０根試樣，試樣的zui小截面直徑犱一般?。?，７．８，９．５ｍｍ，偏差小于０．００５d。其中圓柱形試樣要求試驗部分的平行度應(yīng)保證在０．０５ｍｍ以內(nèi)以及過渡圓弧半徑不應(yīng)小于３d，漏斗形試樣圓弧半徑不應(yīng)小于５d。
（二）試驗步驟及數(shù)據(jù)處理
在進(jìn)行單點疲勞試驗時需要先計算出應(yīng)施加的載荷犘，可由試樣zui小直徑截面上的zui大彎曲正應(yīng)力根據(jù)下式計算得到：
其中，取加載系數(shù)
，可得P＝Kσ。K值可根據(jù)試驗機(jī)的套筒長度尺寸α和試樣的zui小直徑dｍｉｎ事先算出，并制成表格。在試樣的應(yīng)力σ 確定后，便可計算出應(yīng)施加的載荷P。
單點疲勞試驗一般按如下步驟進(jìn)行：
①測量試樣zui小直徑Dｍｉｎ和計算或查出加載系數(shù)K；
②首先確定抗拉強(qiáng)度為σｂ 的第1根試樣的zui大應(yīng)力約為σ１＝（０．６～０．７）σｂ，并由式（１）計算應(yīng)施加的載荷P；
③安裝試樣；
④施加載荷P；
⑤試樣斷裂后記下壽命N1，取下試樣描繪疲勞破壞斷口的特征；
⑥取另一試樣使其zui大應(yīng)力σ2＝（０．４０～０．４５）σｂ，重復(fù)步驟③～⑤測得疲勞壽命N2，若N2＜107次，則應(yīng)降低應(yīng)力再重復(fù)步驟③ ～ ⑤，直至在σ２ 作用下，N2＜107次；
⑦在σ1與σ2之間插入４～５個等差應(yīng)力水平，它們分別為σ3，σ4，σ5，σ6，逐級遞減進(jìn)行以上試驗，相應(yīng)的壽命分別為N3，N4，N5，N6。
數(shù)據(jù)處理通常按以下方式進(jìn)行：
當(dāng)與σ6相應(yīng)的N6＜107 次，疲勞極限在σ２ 與σ6 之間，這時取σ7＝１／２ （σ2 ＋σ6）再進(jìn)行試驗；當(dāng)與σ6 相應(yīng)的N6 ＞107 次，取σ7＝１／２（σ5＋σ6）再進(jìn)行試驗。疲勞極限確定按表１所示，其中σ7－σ2 和σ7－σ6 均應(yīng)滿足小
于控制精度Δσ。
單點疲勞試驗適用于金屬材料構(gòu)件在室溫、高溫或腐蝕空氣中旋轉(zhuǎn)彎曲載荷條件下服役的情況。
該種方法在試樣數(shù)量受限制的情況下，可近似測定疲勞曲線并粗略估計疲勞極限。試驗所需的疲勞試驗機(jī)一般為彎曲疲勞試驗機(jī)和拉壓試驗機(jī)，試驗機(jī)應(yīng)滿足彎曲載荷誤差不大于±１％，為避免試樣振動，試驗選擇的頻率應(yīng)適用于材料、試樣和試驗機(jī)的組合。
不同類型的試樣得到的試驗結(jié)果不同，因此同一批試驗所使用的試樣應(yīng)具有相同的直徑、形狀和尺寸公差。根據(jù)ＧＢ／Ｔ４３３７－２００８《金屬材料疲勞試驗旋轉(zhuǎn)彎曲方法》規(guī)定，單點疲勞試驗的試樣其試驗部分分為圓柱形、圓錐形和漏斗型3類，如圖１所示。
（ａ） 圓柱形試樣
（ｂ） 圓錐形試樣
（ｃ） 漏斗形試樣
圖１ 單點疲勞試驗試樣類型
單點疲勞試驗一般需要８～１０根試樣，試樣的zui小截面直徑犱一般?。?，７．８，９．５ｍｍ，偏差小于０．００５d。其中圓柱形試樣要求試驗部分的平行度應(yīng)保證在０．０５ｍｍ以內(nèi)以及過渡圓弧半徑不應(yīng)小于３d，漏斗形試樣圓弧半徑不應(yīng)小于５d。
（二）試驗步驟及數(shù)據(jù)處理
在進(jìn)行單點疲勞試驗時需要先計算出應(yīng)施加的載荷犘，可由試樣zui小直徑截面上的zui大彎曲正應(yīng)力根據(jù)下式計算得到：
其中，取加載系數(shù)
，可得P＝Kσ。K值可根據(jù)試驗機(jī)的套筒長度尺寸α和試樣的zui小直徑dｍｉｎ事先算出，并制成表格。在試樣的應(yīng)力σ 確定后，便可計算出應(yīng)施加的載荷P。單點疲勞試驗一般按如下步驟進(jìn)行：
①測量試樣zui小直徑Dｍｉｎ和計算或查出加載系數(shù)K；
②首先確定抗拉強(qiáng)度為σｂ 的第1根試樣的zui大應(yīng)力約為σ１＝（０．６～０．７）σｂ，并由式（１）計算應(yīng)施加的載荷P；
③安裝試樣；
④施加載荷P；
⑤試樣斷裂后記下壽命N1，取下試樣描繪疲勞破壞斷口的特征；
⑥取另一試樣使其zui大應(yīng)力σ2＝（０．４０～０．４５）σｂ，重復(fù)步驟③～⑤測得疲勞壽命N2，若N2＜107次，則應(yīng)降低應(yīng)力再重復(fù)步驟③ ～ ⑤，直至在σ２ 作用下，N2＜107次；
⑦在σ1與σ2之間插入４～５個等差應(yīng)力水平，它們分別為σ3，σ4，σ5，σ6，逐級遞減進(jìn)行以上試驗，相應(yīng)的壽命分別為N3，N4，N5，N6。
數(shù)據(jù)處理通常按以下方式進(jìn)行：
當(dāng)與σ6相應(yīng)的N6＜107 次，疲勞極限在σ２ 與σ6 之間，這時取σ7＝１／２ （σ2 ＋σ6）再進(jìn)行試驗；當(dāng)與σ6 相應(yīng)的N6 ＞107 次，取σ7＝１／２（σ5＋σ6）再進(jìn)行試驗。疲勞極限確定按表１所示，其中σ7－σ2 和σ7－σ6 均應(yīng)滿足小
于控制精度Δσ。