金屬材料 蠕變-疲勞檢測(cè)

一、設(shè)備

1.一般要求

蠕變-疲勞試驗(yàn)設(shè)備一般包括試驗(yàn)機(jī)、引伸計(jì)、加熱和溫度測(cè)量系統(tǒng)以及循環(huán)計(jì)數(shù)器。

 

2.試驗(yàn)機(jī)

（1）概述

蠕變疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)符合要求。試驗(yàn)機(jī)可以是液壓伺服式或電子式。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)能夠平穩(wěn)啟動(dòng)，目當(dāng)試驗(yàn)力過(guò)零時(shí)試樣不能發(fā)生過(guò)沖。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)有足夠的側(cè)向剛度及對(duì)中。

（2）試驗(yàn)機(jī)應(yīng)能夠在應(yīng)變或力控制下執(zhí)行所規(guī)定的一個(gè)或多個(gè)循環(huán)試驗(yàn)。對(duì)于無(wú)法實(shí)現(xiàn)保載試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)，一般加載/卸載速率不高于0.001s-1。試驗(yàn)機(jī)的控制穩(wěn)定性應(yīng)保證控制變量的最大值和最小值的波動(dòng)保持在應(yīng)變(或應(yīng)力)范圍的1%以?xún)?nèi)。

 

3.引伸計(jì)

對(duì)于圓柱形試樣應(yīng)采用軸向引伸計(jì)測(cè)量試樣上的應(yīng)變。

對(duì)于沙漏形試樣,可采用測(cè)量徑向變形的引伸計(jì)。引伸計(jì)尖端應(yīng)在試樣直徑最小處接觸試樣。

平衡支撐引伸計(jì),并對(duì)引伸計(jì)進(jìn)行調(diào)整,使其施加在試樣上的接觸力盡可能小，避免試樣表面產(chǎn)生刻痕。

引伸計(jì)應(yīng)適合長(zhǎng)期測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)變量并最大限度地降低信號(hào)漂移、滑動(dòng)和機(jī)械滯后。它應(yīng)能直接測(cè)量試樣上的軸向應(yīng)變。

引伸計(jì)應(yīng)能夠避免由于溫度波動(dòng)而引起的信號(hào)漂移。

 

4.加熱與溫度測(cè)量系統(tǒng)

（1）加熱系統(tǒng)

可采用的加熱方法包括:電阻爐加熱、輻射爐加熱、電磁感應(yīng)加熱、惰性氣體或液體加熱。建議優(yōu)先采用三段獨(dú)立控溫的電阻爐加熱。加熱裝置應(yīng)使試樣能夠均勻地加熱到規(guī)定的溫度，在整個(gè)試驗(yàn)期間。

標(biāo)距段的溫度梯度不大于2℃或標(biāo)稱(chēng)試驗(yàn)溫度的1%兩者中的較大值。

（2）溫度測(cè)量系統(tǒng)

通常采用執(zhí)電偶或其他測(cè)溫儀對(duì)試樣標(biāo)距兩端及中間各一點(diǎn)進(jìn)行試樣溫度的測(cè)量。對(duì)干缺口

試樣,需在缺口處固定一支熱電偶。如選用非接觸式溫度測(cè)量裝置，應(yīng)事先驗(yàn)證其測(cè)溫精度在試驗(yàn)溫度點(diǎn)不低于熱電偶。

在不影響試驗(yàn)結(jié)果的前提下(例如，應(yīng)避免裂紋的萌生出現(xiàn)在熱電偶與試樣的連接處)試樣應(yīng)

與熱電偶直接接觸。固定熱電偶的通常方法包括捆綁、壓力或點(diǎn)焊。當(dāng)使用電阻爐加熱時(shí),熱電偶焊點(diǎn)應(yīng)避免直接輻射。

應(yīng)保證至少有一個(gè)獨(dú)立于控制通道的傳感器用于測(cè)量試驗(yàn)溫度。

注1:當(dāng)測(cè)試材料易于氧化時(shí)，不宜單獨(dú)使用光學(xué)高溫計(jì)進(jìn)行試樣溫度測(cè)量，而宜使用熱電偶測(cè)溫作為輔助。

注2:貴金屬熱電偶擇優(yōu)選用S型或R型,建議使用溫度大于400℃。

注3:廉金屬熱電偶建議用于400℃以下試驗(yàn);如試驗(yàn)溫度超過(guò)400℃.廉金屬熱電偶使用時(shí)間不宜超過(guò)500h

 

5.循環(huán)計(jì)數(shù)器

循環(huán)計(jì)數(shù)器用于記錄控制變量循環(huán)的次數(shù)。對(duì)于不超過(guò)10000個(gè)周次的試驗(yàn)，應(yīng)能記錄所有周次。對(duì)于試驗(yàn)周次超過(guò)10000個(gè)周次的試驗(yàn)，計(jì)數(shù)器分辨率應(yīng)高于失效循環(huán)數(shù)的1%。

6.數(shù)據(jù)記錄

（1）以下設(shè)備是記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最低要求:

--用于記錄應(yīng)力

--應(yīng)變滯后迴線(xiàn)的X-Y記錄儀:

--能夠記錄隨時(shí)間變化的參量如力、應(yīng)變及溫度的記錄器;

--峰谷值監(jiān)測(cè)器。

（2）示波器或者通過(guò)圖像/模擬信號(hào)可再現(xiàn)記錄信息的數(shù)碼存儲(chǔ)設(shè)備，可代替X-Y記錄儀，當(dāng)信號(hào)的速率超過(guò)記錄儀的最大信號(hào)采集速率時(shí)，上述設(shè)備可隨時(shí)以更慢的速率再現(xiàn)記錄的參量。

（3）通過(guò)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也可替代上述系統(tǒng)。應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)點(diǎn)的采樣速率應(yīng)足夠高，以便正確地再現(xiàn)滯后迴線(xiàn)，特別是反向應(yīng)變的區(qū)域。力-位移時(shí)間數(shù)據(jù)的采樣頻率應(yīng)足以完整再現(xiàn)滯后迥線(xiàn)和保載時(shí)間的曲線(xiàn)，不同的數(shù)據(jù)采集設(shè)備每個(gè)循環(huán)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量也會(huì)不同，一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)循環(huán)至少需要采集200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)用于再現(xiàn)滯后迴線(xiàn)，另外需要采集約50個(gè)~200個(gè)附加數(shù)據(jù)點(diǎn)用干表征保載期間的力、位移和應(yīng)變等信息。

 

二、試驗(yàn)程序

1.試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)應(yīng)在以下合適的環(huán)境下進(jìn)行；

--相對(duì)穩(wěn)定的室溫及相對(duì)濕度;

--最小限度的大氣污染(如灰塵，化學(xué)蒸氣等);

--沒(méi)有影響試驗(yàn)機(jī)控制和數(shù)量采集的外部由信號(hào)干擾；

--最小限度的外部機(jī)械振動(dòng)。

 

2.試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）試驗(yàn)機(jī)調(diào)試

試驗(yàn)機(jī)的控制精度應(yīng)使在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)力(或應(yīng)變)值的峰值誤差在1%以?xún)?nèi)。

（2）試樣的安裝

試樣在安裝時(shí)盡量避免預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)變，同時(shí)不應(yīng)破壞系統(tǒng)的對(duì)中性。

（3）引伸計(jì)安裝

安裝接觸式引伸計(jì)應(yīng)注意接觸壓力,過(guò)高的接觸壓力可導(dǎo)致試樣在引伸計(jì)位置開(kāi)裂,過(guò)低的接觸力則會(huì)導(dǎo)致引伸計(jì)滑動(dòng)。

 

3.試驗(yàn)記錄

試驗(yàn)記錄的內(nèi)容

在試驗(yàn)過(guò)程中,應(yīng)在循環(huán)內(nèi)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即在力和應(yīng)變的最大值與最小值處以及在保載時(shí)間的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)連續(xù)記錄力、變形、溫度。

 

4.試驗(yàn)終止

試驗(yàn)完成后，應(yīng)立即關(guān)閉加熱系統(tǒng)，以便在試驗(yàn)后的檢查之前減少試樣和裂紋表面的氧化程度。如試驗(yàn)在試樣斷裂之前終止，應(yīng)盡量避免在加熱設(shè)備冷卻過(guò)程中的試樣過(guò)載。

在試樣徹底斷裂前結(jié)束試驗(yàn)，可避免引伸計(jì)和斷口的損傷。

 

5.試驗(yàn)結(jié)束后的檢查

應(yīng)確定裂紋的位置,并記錄在試驗(yàn)報(bào)告中。裂紋位置按下列描述記錄:

a) 在引伸計(jì)跨距之間;

b)在引伸計(jì)與試樣接觸點(diǎn)或在熱電偶位置處;

c) 在標(biāo)距段內(nèi),引伸計(jì)的量規(guī)長(zhǎng)度之外;

d)過(guò)渡圓弧段內(nèi);

 

三、試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括的內(nèi)容:

a)本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào);

b)材料名稱(chēng)、牌號(hào);

c)試樣圖紙、取樣位置及方向;

d)試樣關(guān)鍵尺寸的測(cè)量值,如標(biāo)距段直徑;

e)引伸計(jì)標(biāo)距;

f)試驗(yàn)溫度;

g)試驗(yàn)波形的完整描述，包括形狀、各段加載速率、保載時(shí)間、控制參量的最大最小值等或其他能完整給出試驗(yàn)波形的表述;

h)斷裂判據(jù)及試驗(yàn)結(jié)束準(zhǔn)則;

i)本試驗(yàn)獲得的初始彈性模量;

j)記錄每個(gè)循環(huán)轉(zhuǎn)向點(diǎn)，即循環(huán)峰值、保載時(shí)間的起始和終止，對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度；

k)半壽命周次處的完整信息,包括最大和最小應(yīng)變，在保載時(shí)間開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的應(yīng)變，最大和最小應(yīng)力,在保載時(shí)間開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的應(yīng)力,彈性模量,彈性應(yīng)變幅、塑性應(yīng)變幅、總應(yīng)變幅或彈性應(yīng)變范圍、非彈性應(yīng)變范圍和總應(yīng)變范圍，循環(huán)內(nèi)的最大應(yīng)力和最小應(yīng)力或應(yīng)力范圍，完整定義的滯后迴線(xiàn)和保載期間應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間、溫度的響應(yīng)以及上述信息所對(duì)應(yīng)的周次數(shù);

l)試樣循環(huán)斷裂的周次數(shù):

m)試驗(yàn)時(shí)間，即總循環(huán)周期和試樣失效的循環(huán)周次數(shù)的乘積;

n)斷裂位置;

o)表明試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效的證據(jù);

p)試驗(yàn)過(guò)程中任何偏離本標(biāo)準(zhǔn)的情況以及可能導(dǎo)致的對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。