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金屬材勞料疲勞測試及S-N曲線測定

詳細介紹

金屬疲勞是指一種在交變應力作用下，金屬材料發(fā)生破壞的現(xiàn)象。機械零件在交變壓力作用下，經(jīng)過一段時間后，

在局部高應力區(qū)形成微小裂紋，再由微小裂紋逐漸擴展以致斷裂。疲勞破壞具有在時間上的突發(fā)性，

在位置上的局部性及對環(huán)境和缺陷的敏感性等特點，故疲勞破壞常不易被及時發(fā)現(xiàn)且易于造成事故。

應力幅值、平均應力大小和循環(huán)次數(shù)是影響金屬疲勞的三個主要因素。

試驗目的：評估材料在交變載荷下的抗疲勞性能，預測其在不同應力水平下的失效壽命（循環(huán)次數(shù)）。

制樣及SN曲線測定

應力幅值（Stress, S）與失效循環(huán)次數(shù)（Number of cycles, N）的對數(shù)關系曲線，用于表征材料的疲勞特性。

標準試樣：ASTM E466推薦啞鈴型試樣（減少應力集中）。

關鍵區(qū)域：工作段需拋光至Ra < 0.2 μm，避免表面缺陷引發(fā)早期裂紋。同一批次材料，避免成分偏析、熱處理差異。

取樣方向：各向異性材料需注明軋制方向（如鋁合金板材）。

S-N曲線測定需結合嚴格試樣制備、精準載荷控制及統(tǒng)計分析。實際操作中，建議：

每組應力水平至少3個試樣，疲勞極限區(qū)域增加至10個；

定期校準載荷傳感器和位移測量系統(tǒng)；

結合斷口分析驗證失效模式。

高應力區(qū)：選取3-5個應力水平，覆蓋10^3-10^6次循環(huán)。

低應力區(qū)（近疲勞極限）：需增加試樣數(shù)量（如7-10組），采用“階梯法”或“升降法”提高精度。

終止條件

常規(guī)終止：試樣完全斷裂。

Run-out（未斷裂）：通常設定為10^7次循環(huán)（鋼）或5×10^7次（鋁合金）。

檢測標準

ASTM E466 軸向力控疲勞（室溫）明確要求載荷誤差<±1%，頻率穩(wěn)定性<±2%

ISO 12107 統(tǒng)計分析方法強制使用韋伯分布處理Run-out數(shù)據(jù)

GB/T 3075 旋轉彎曲疲勞（中國國標）規(guī)定試樣轉速誤差<±3%，側重農(nóng)機零部件應用

JIS Z2279 高頻疲勞（日本工業(yè)標準）要求頻率>50 Hz時需報告溫升曲線