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常用的金属材料疲劳极限试验方法(一)

专业评测
(一)试验方法及试样类型
单点疲劳试验适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。
该种方法在试样数量受限制的情况下,可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机,试验机应满足弯曲载荷误差不大于±1%,为避免试样振动,试验选择的频率应适用于材料、试样和试验机的组合。
不同类型的试样得到的试验结果不同,因此同一批试验所使用的试样应具有相同的直径、形状和尺寸公差。根据GB/T4337-2008《金属材料疲劳试验旋转弯曲方法》规定,单点疲劳试验的试样其试验部分分为圆柱形、圆锥形和漏斗型3类,如图1所示。
(a) 圆柱形试样(b) 圆锥形试样(c) 漏斗形试样图1 单点疲劳试验试样类型
单点疲劳试验一般需要8~10根试样,试样的Z小截面直径一般取6,7.8,9.5mm,偏差小于0.005d。其中圆柱形试样要求试验部分的平行度应保证在0.05mm以内以及过渡圆弧半径不应小于3d,漏斗形试样圆弧半径不应小于5d。

(二)试验步骤及数据处理
在进行单点疲劳试验时需要先计算出应施加的载荷,可由试样Z小直径截面上的Zda弯曲正应力根据下式计算得到:

  其中,取加载系数,可得P=Kσ。K值可根据试验机的套筒长度尺寸α和试样的Z小直径dmin事先算出,并制成表格。在试样的应力σ确定后,便可计算出应施加的载荷P。

单点疲劳试验一般按如下步骤进行:
①测量试样Z小直径Dmin和计算或查出加载系数K;
②首先确定抗拉强度为σb的第1根试样的Zda应力约为σ1=(0.6~0.7)σb,并由式(1)计算应施加的载荷P;
③安装试样;
④施加载荷P;
⑤试样断裂后记下寿命N1,取下试样描绘疲劳破坏断口的特征;
⑥取另一试样使其Zda应力σ2=(0.40~0.45)σb,重复步骤③~⑤测得疲劳寿命N2,若N2<107次,则应降低应力再重复步骤③~⑤,直至在σ2作用下,N2<107次;
⑦在σ1与σ2之间插入4~5个等差应力水平,它们分别为σ3,σ4,σ5,σ6,逐级递减进行以上试验,相应的寿命分别为N3,N4,N5,N6。

数据处理通常按以下方式进行:
当与σ6相应的N6<107次,疲劳极限在σ2与σ6之间,这时取σ7=1/2(σ2+σ6)再进行试验;当与σ6相应的N6>107次,取σ7=1/2(σ5+σ6)再进行试验。疲劳极限确定按表1所示,其中σ7-σ2和σ7-σ6均应满足小
于控制精度Δσ。



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2004-08-19
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