《金屬材料細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值測定方法》

1HB7110—XXXX金屬材料細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值測定方法本文件規(guī)定了測定金屬材料細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值的試樣、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)報告。本文件適用于測定金屬材料室溫下細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語JJG556軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程3術(shù)語和定義、符號3.1術(shù)語和定義GB/T10623界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1.1細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度detailfatiguerating（DFR）結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)本身固有的疲勞性能特征值，是一種對構(gòu)件質(zhì)量和耐重復(fù)載荷能力的度量，與使用載荷無關(guān)。該值是當(dāng)應(yīng)力比R=0.06時，具有95%可靠度和95%置信度的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)疲勞壽命能夠達(dá)到105次的最大應(yīng)力。3.1.2細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值cut-offvalueofdetailfatiguerating（DFRcutoff）結(jié)構(gòu)允許使用的最大DFR值，反映了由于在制造過程中正常操作可能引起的典型損傷或使用中輕微腐蝕后材料的抗疲勞品質(zhì)，通常相當(dāng)于應(yīng)力集中系數(shù)小于1.5的缺口試樣的DFR值。3.2符號本標(biāo)準(zhǔn)使用的符號、名稱及單位見表1。2HB7110—XXXX表1符號、名稱及單位DFRcutoffKtn-n件N95/95次R-CS-Sc-SR-ST-α-β次bσm0TL4試樣4.1試樣的形狀和尺寸可采用預(yù)制損傷試樣或Ktn=1.5的雙邊半圓缺口試樣。推薦預(yù)制損傷試樣的形狀和尺寸見圖1a試樣上的預(yù)制損傷見圖1b）。推薦雙邊半圓缺口試樣的形狀和尺寸見圖2，試樣的夾持段長度為30mm~50mm，夾持面受力均勻，試樣總長度大于或等于200mm。試樣厚度可根據(jù)試驗(yàn)需求選擇，對于使用原始板材厚度的試樣，試樣表面的平行度和平面度可不做要求。4.2試樣加工4.2.1試樣用材料應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)條件或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。4.2.2金屬板材切取毛坯時，切邊與最終完成試樣邊緣的距離一般應(yīng)不少于5mm。4.2.3試樣在加工過程中不應(yīng)因受冷作硬化或過熱作用而影響材料性能。4.2.4試樣上的預(yù)制損傷在熱處理后推薦按圖1b）的要求完成，棱邊的一側(cè)用人工敲擊或使用缺口敲擊儀制作，另一對角邊用銼削制作。敲擊缺口的尺寸見表2。25.4hh25.4hh57≤657a)預(yù)制損傷試樣的形狀與尺寸AA-AKKLA向（銼削缺口）K向（銼削缺口） R0.1b R0.1bR0.1bb)損傷預(yù)置示意圖圖1DFRcutoff預(yù)制損傷試樣表2預(yù)制損傷尺寸HB7110—XXXXh1h2D圖2DFRcutoff雙邊半圓缺口試樣4HB7110—XXXX4.3試樣檢驗(yàn)和保護(hù)4.3.1試樣加工完成后應(yīng)按圖樣要求進(jìn)行檢驗(yàn)，合格試樣應(yīng)給出試樣加工合格證。4.3.2合格試樣應(yīng)采取保護(hù)措施，以防止表面劃傷和腐蝕。5試驗(yàn)裝置推薦采用液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)開展試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)按JJG556的要求定期檢定，靜態(tài)載荷誤差控制在±1%以內(nèi)，動態(tài)載荷誤差控制在±2％以內(nèi)，同軸度控制在±5％以內(nèi)。6試驗(yàn)程序6.1試樣檢查與尺寸測量6.1.1去除試樣表面油污，檢查試樣測試部位是否有意外損傷。6.1.2在垂直于加載軸線的最小截面處測量試樣的厚度與寬度。厚度T的測量精度不低于0.01mm，寬度W的測量精度不低于0.02mm。6.2試樣安裝試樣安裝應(yīng)保證加載力均勻分布在試樣橫截面上。6.3試驗(yàn)波形與頻率試驗(yàn)波形為R=0.06的正弦波，頻率不超過50Hz。6.4雙點(diǎn)法、單點(diǎn)法試驗(yàn)6.4.1可采用雙點(diǎn)法或單點(diǎn)法測定細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值。6.4.2雙點(diǎn)法測定細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值的試驗(yàn)方法如圖3所示。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇兩級應(yīng)力水平進(jìn)行R=0.06下的恒幅疲勞試驗(yàn)，每個應(yīng)力水平下的有效試樣數(shù)量不少于5件。所選的應(yīng)力水平宜使得壽命N分別在（104～105）次、（1.5×105～5×105）次范圍內(nèi)。若試樣達(dá)到指定的上限壽命（推薦為5×105次）仍未破壞，則停止該試樣測試。6.4.3單點(diǎn)法測定細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值的試驗(yàn)方法為：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇一應(yīng)力水平進(jìn)行R=0.06下的恒幅疲勞試驗(yàn)，有效試樣數(shù)量不少于5件。該應(yīng)力水平宜使得特征壽命β在（1.5×105～4×105）次范圍內(nèi)。若試樣達(dá)到指定的上限壽命仍未破壞，則停止該試樣測試。σmaxDFRcutoff5lgN圖3雙點(diǎn)法求DFRcutoff示意圖5HB7110—XXXX7試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理7.1數(shù)據(jù)取舍若試樣未斷裂在預(yù)制損傷部位或試樣斷口有明顯冶金缺陷或其他缺陷的，數(shù)據(jù)應(yīng)舍棄。7.2特征壽命β的計算按公式（1）、公式（2）對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算特征壽命。所有n個試樣全部破壞時，β按公式（1）計算：β=N1/a…………（1）式中：a——威布爾分布的形狀參數(shù)，取值見表3。所有n個試樣中k個破壞時（其余試樣達(dá)到指定壽命N停止試驗(yàn)β按公式（2）計算：β=N1/a…………（2）表3形狀參數(shù)α取值表α43結(jié)構(gòu)鋼(σb≤1660MPa，或應(yīng)力集中系數(shù)小于2.5）3結(jié)構(gòu)鋼(σb＞1660MPa，且應(yīng)力集中系數(shù)大于2.5）7.3可靠度R=95%、置信度C=95%的壽命N95/95按公式（3）計算可靠度R=95%、置信度C=95%的壽命N95/95：N95/95=ST根根SR 式中：ST——試樣系數(shù)，取值1.3；SR——可靠度系數(shù)，取值見表4；Sc——置信度系數(shù)，取值見表5。表4可靠性系數(shù)SR取值表SR結(jié)構(gòu)鋼(σb≤1660MPa，或應(yīng)力集中系數(shù)小于2.5）結(jié)構(gòu)鋼(σb＞1660MPa，且應(yīng)力集中系數(shù)大于2.5）6HB7110—XXXX表5置信度系數(shù)Sc取值表α1234567897.4細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值的計算7.4.1細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值的計算示例參見附錄A。7.4.2雙點(diǎn)法求解細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值：將兩組數(shù)據(jù)的N95/95壽命點(diǎn)繪制在坐標(biāo)為最大應(yīng)力和對數(shù)壽命的坐標(biāo)圖上，連接兩個N95/95壽命點(diǎn)的直線與壽命N=105交點(diǎn)所對應(yīng)的最大應(yīng)力即是細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值，參見圖A.1。7.4.3單點(diǎn)法求解細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值：將一組數(shù)據(jù)的N95/95代入公式（4）中計算獲得。0.94σ式中：σm0和S的取值見表6。表6σm0和S取值表σm0S結(jié)構(gòu)鋼(σb≤1380MPa）結(jié)構(gòu)鋼(σb＞1380MPa）8試驗(yàn)報告試驗(yàn)報告一般包括下列內(nèi)容：a)材料牌號、生產(chǎn)廠家、爐批號、品種、規(guī)格、熱處理制度或狀態(tài)等；b)試樣編號、取樣方向、取樣位置、尺寸和表面狀況等；c)試樣預(yù)制損傷的加工方法；d)試驗(yàn)機(jī)型號、試驗(yàn)頻率、載荷大小、應(yīng)力比、加載方式；e)試驗(yàn)過程中不符合本標(biāo)準(zhǔn)的任何情況；f)試樣異常斷裂時注明斷裂位置；g)數(shù)據(jù)處理時剔除的數(shù)據(jù)及原因；h)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果；i)試驗(yàn)日期、溫度、濕度、人員。7HB7110—XXXX細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值計算示例A.1概述本附錄是某鋁合金細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度截止值計算示例。A.2疲勞試驗(yàn)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：a)第一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)：最大載荷σmax=275MPa，R=0.06。5個測試試樣的壽命分別為18100次、49200次、27500次、51700次、27900次；b)第二組試驗(yàn)數(shù)據(jù)：最大載荷σmax=216MPa，R=0.06，6個測試試樣的壽命分別為285700次、243200次、417100次、230700次、234200次、360200次。A.3計算特征壽命β特征壽命β計算方法如下：1/41/4b)第二組試驗(yàn)數(shù)據(jù)A.4計算N95/95N95/95計算方法如下：a)第一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)N95/95=41116/（1.3×2.1×1.16）=12983b)第二組試驗(yàn)數(shù)據(jù)N95/95=320238/（1.3×2.1×