常用的金屬材料疲勞極限試驗(yàn)方法(一)
更新時(shí)間:2016-11-17 點(diǎn)擊次數(shù):3118次
(一)試驗(yàn)方法及試樣類型
單點(diǎn)疲勞試驗(yàn)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(cè)定疲勞曲線并粗略估計(jì)疲勞極限。試驗(yàn)所需的疲勞試驗(yàn)機(jī)一般為彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)和拉壓試驗(yàn)機(jī),試驗(yàn)機(jī)應(yīng)滿足彎曲載荷誤差不大于±1%,為避免試樣振動(dòng),試驗(yàn)選擇的頻率應(yīng)適用于材料、試樣和試驗(yàn)機(jī)的組合。
不同類型的試樣得到的試驗(yàn)結(jié)果不同,因此同一批試驗(yàn)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(yàn)旋轉(zhuǎn)彎曲方法》規(guī)定,單點(diǎn)疲勞試驗(yàn)的試樣其試驗(yàn)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(diǎn)疲勞試驗(yàn)試樣類型
單點(diǎn)疲勞試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理
在進(jìn)行單點(diǎn)疲勞試驗(yàn)時(shí)需要先計(jì)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(jì)算得到:
其中,取加載系數(shù)
,可得P=Kσ。K值可根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的套筒長(zhǎng)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(jì)算出應(yīng)施加的載荷P。
單點(diǎn)疲勞試驗(yàn)一般按如下步驟進(jìn)行:
①測(cè)量試樣zui小直徑Dmin和計(jì)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(jì)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(cè)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(gè)等差應(yīng)力水平,它們分別為σ3,σ4,σ5,σ6,逐級(jí)遞減進(jìn)行以上試驗(yàn),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(shí)取σ7=1/2 (σ2 +σ6)再進(jìn)行試驗(yàn);當(dāng)與σ6 相應(yīng)的N6 >107 次,取σ7=1/2(σ5+σ6)再進(jìn)行試驗(yàn)。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。