ASTM E466-2015 金属材料力控制恒定振幅轴向疲劳试验标准规程-中文完整版Word文档格式.docx

1、STP 588 疲劳实验的统计规划和分析手册STP 731 中值疲劳极限的估计表2. 引用文件2.1 ASTM 标准：E3 金相试样制备指南E467 轴向疲劳试验系统中恒定振幅动态力验证规程E468 金属材料恒定振幅疲劳试验结果的表述规程E606/E606M 应变控制式疲劳试验的试验方法E739 线性或线性应力寿命（S-N）及应变寿命（-N）疲劳数据的统计分析规程E1012 在拉伸和压缩轴向力作用下试验支架和试样对中的验证规程E1823 疲劳和断裂试验的相关术语3. 术语3.1 定义：3.1.1 本规程所用术语应为E1823 中定义的术语。4. 意义和应用4.1 轴向力疲劳试验用于确定材料、几

2、何形状、表面状态和应力等变化对金属材料在相对大量循环中承受直接应力的疲劳抗力的影响。研究结果也可作为选择在重复直接应力条件下使 用的金属材料的指南。4.2 为了验证使用本规程产生的基本疲劳数据的可比性、可重复性和实验室之间的相关性， 从统计学的观点来看，进行一轮循环的测试程序可能是有利的。要做到这一点，就需要控制 或平衡那些通常被视为妨害性的变量；例如，硬度、洁净度、晶粒大小、成分、方向性、表面残余应力、表面光洁度等。因此，在进行这种类型的程序时，必须预先定义和保持一致性， 尽可能合理地使用尽可能多的变量，同时尽可能节省和谨慎。应报告所用的所有材料变量、试验信息和程序，使结果的相关性和再现性认

3、为是相当好的现行试验规程。4.3 只有当试样试验条件真实地模拟使用条件，或有明确定义的计算使用条件的方法时，轴力疲劳试验结果才适合用于设计。5. 试样设计5.1 所用试样的类型取决于试验程序的目的、设备型号、设备容量以及所用材料的形状。但是，试样的设计应满足下述一些基本要求：5.1.1 试样的设计应使失效发生在试验截面（如图 1 和图 2 所示的减小区域）。确保试验截面失效的可接受面积比（试验截面积与夹持截面积之比）取决于试样夹持方法。螺纹试样可 能难以对齐，当在本规程相关寿命状态中试验时，失效往往在这些应力集中处开始。需要注 意的是，有锋利边缘的测量截面（即，正方形或矩形横截面）存在固有缺陷

4、，因为锋利边缘上的晶粒滑移不受两侧相邻晶粒的限制。正因如此，如果材料形状有助于此结构，则首选圆 形截面。夹持端相对于量规截面的大小和从量规截面到夹持截面之间的过渡半径，可能会导 致过早失效，特别是在夹持截面发生微动磨损或半径太小的情况下。如果出现这种情况下， 应参考引用文件（1）。5.1.2 为了计算获得所需的应力要施加的力，对于等于或大于0.200 in.（5.08 mm）的尺寸， 计算面积的尺寸应精确到 0.001 in.（0.03 mm），小于 0.200in.（5.08mm）的尺寸应精确到 0.0005in.（0.013mm）。拟平行和垂直的截面应符合第8.2 条的规定。注 2测量尺寸

5、时假定试样表面光滑。如果表面不光滑，由于研究的是表面处理或表面条件，所以应按上面的描述测量尺寸，并报告尺寸的平均值、最大值和最小值。5.2 试样尺寸5.2.1 圆形横截面圆形横截面试样可能为以下两种类型之一：5.2.1.1 在试验截面与端部之间有切向混合圆角的试样（图1）试验截面直径最好应在0.200in.（5.08mm）和 1.00 in.（25.4 mm）之间。为确保试验截面失效，夹持横截面至少应是试验截面面积的 1.5 倍，但对于大多数材料和试样，至少为试验截面面积的4 倍。混合圆角半径应至少为试验截面直径的8 倍，从而使试样的理论应力集中系数Kt 减至最小。试验截面的长度应约为其直径的

6、 2-3 倍。对于压缩试验，试验截面的长度应约为其直径的 2 倍，从而使弯曲减至最小。5.2.1.2 两端之间具有连续圆弧的试样（图 3）其曲率半径应不小于最小试验截面直径的8 倍，从而使 Kt 减至最小。缩小的截面长度应大于最小试验截面直径的3 倍。此外，应采用与 5.2.1.1 中尺寸相同的试样。5.2.2 矩形横截面具有矩形横截面的试样可由板材或板材制成，并且可沿一个尺寸（通 常为宽度）减小试验横截面，或者可由满足宽度和厚度均减小尺寸的材料制成。鉴于此，不应采用最大面积比（夹持截面与试验截面之比）。5.2.1.1 中给出的比值 1.5 可当作一个标准值。此外，矩形截面试样可能为以下两种型

7、式之一：5.2.2.1 均匀试验截面和端部之间具有切向混合圆角的试样（图 4）混合圆角的半径应至少为试样试验截面宽度的8 倍，从而使试样的 Kt 值减至最小。试样试验截面的宽度与厚度之比应在 2 至 6 之间，缩小的面积最好在0.030in.2（19.4mm2 ）和 1.00 in.2（645mm2）之间，如果取样要求保持原表面状态，可不服从上述限制。试验截面长度应约为其宽度的2-3 倍。对于厚度小于 0.100 英寸（2.54 毫米）的试样，特别是在反向加载过程中（例如R=- 1）必须采取特殊的预防措施。例如，试样对齐非常重要，规程E606/E606M 列出的程序是有利的。同样，参考文献（2

8、-5），尽管这些文献是关于应变控制试验的，但由于其处理厚度约为 0.05in.（1.25mm）的薄板试样，因此也可能与此相关。5.2.2.2 两端部之间有连续圆弧的试样（图 2）对于此类试样，应采用与5.2.1.2 所述试样相同的限制条件。面积限制应与5.2.2.1 中描述的试样相同。5.2.3 缺口试样鉴于含有缺口试样的试验程序的特殊性，除了符合试验目的之外，对缺口试样的设计没有限制。此外，应报告特定缺口的几何形状，缺口尖端半径、缺口Kt 的相关信息，以及测定Kt 的方法和测定的原始数据。图 1 试验截面与端部之间有切向混合圆角的试样图 2 两端之间具有连续圆弧的试样图 3 两端之间具有连续

9、圆弧的试样图 4 均匀试验截面和端部之间具有切向混合圆角的试样6. 试样制备6.1 试样的状态及其制备方法是十分重要的。不适当的制备方法会严重影响试验结果。鉴于这一事实，制备方法应由疲劳数据的提供者与用户在试验程序开始之前商定。由于试样的制 备对疲劳数据影响很大，因此在选择制备方法时，应考虑该数据的应用范围或最终目的或同 时考虑两者。附录X1 给出了在某些金属上采用的加工程序示例，以尽量减小加工和热处理对疲劳寿命的可变性影响。6.2 一旦某项工艺被确定并批准用于特定的材料和试样形状，则不应进行更改，因为更改后的工艺可能会引入潜在偏差。无论采用何种机加工、研磨或抛光方法，最终的金属去除应在 与试

10、样长轴大致平行的方向上进行。由于工艺过程会长期影响疲劳性能，因此应在报告中明 确说明整个工艺。6.3 最应避免的影响是圆角咬边和试样加工过程中引入的残余应力。在研究这些参数时，又当别论。通过检查可以很容易地确定圆角咬边。可通过仔细控制加工程序确保表面残余应力 减至最小。建议使用 X 射线衍射峰值偏移或类似技术来测定这些表面残余应力，并沿着测定的方向（即纵向、横向、径向等）报告表面残余应力的值。6.4 贮存由于试样在室温大气下会发生腐蚀，所以应进行相应的保护，最好是放在惰性介质中。通常在试验前用适当溶剂去除保护介质，而不使试样的寿命受到不良影响。6.5 检验所有试样应使用肉眼或 20以下的低倍放

11、大镜下进行目测检验。不允许有任何明显的异常情况，如裂缝、加工痕迹、凿槽、咬边等。试验前试样应使用对材料的机械特性无损伤和无害的溶剂清洗，以去除任何表面油膜、指印等。尺寸分析和检验应以不会产生明 显标记、划痕、凿槽、刻痕或改变试样表面的方式进行。7. 设备性能7.1 通常可选用下列类型疲劳试验机的任一种进行试验。7.1.1 机械式（偏心曲轴、强力螺杆、质量转动），7.1.2 电动机械式或电磁式驱动7.1.3 液压式或电动液压式。7.2 为了确保在整个试验期间保持所要求的负荷形式和大小，应对试验机的运作进行分析。7.3 这些试验机应具有力监控系统，比如用与试样串连安装或直接装在试样上的传感器，除非

12、由于空间或其它限制而无法使用这种系统。在试验初期，需连续监控试验力，此后也要定 期监控，以确保所要求的力循环保持不变。在整个试验期间，通过适当的动态检验（见规程E467）测定的应力大小应保持在所需试验值的 2%以内。7.4 试验频率疲劳产生的频率范围可能受不同材料的速率效应的影响。在产生大多数结 果的 10-2-10+2Hz 典型范围内，大多数金属工程材料的疲劳强度通常不受影响。超出此范围的推断或将此假设扩展到环境试验温度和所述频率范围内可能为粘弹性或粘塑性的其他材 料系统，超出了实施规程E466 的范围。作为警告，如果发生局部屈服，可能会导致显著的试样发热从而影响疲劳强度。8. 实验步骤8.

13、1 装夹试样试样夹具最重要的一点在于其能始终使每根试样对中良好（见 8.2）。对于 最常用的夹具，对中良好必须非常注意设计细节。应尽一切努力防止由于扭曲（夹点旋转） 或对称轴位移引起的错位。8.2 对中校验为使弯曲应力（应变）减至最小，试样夹具应对齐，使每个周期中试样的长轴与负载轴紧密重合。每个试样的对准精度保持一致很重要。对于圆柱形或矩形试样，应 使用规程 E1012（在拉伸和压缩轴向力作用下验证试验框架和试样对中的标准实施规程）中详细说明的程序测定调直。应完全记录获得对中数据的点（应力或应变）。如果试验中使用压缩应力（应变），则对中必须在压缩状态下验证。对于特定的试验程序，一旦确定工艺并获

14、批准之后，由于改变工艺可能会带来潜在偏差，因此不得改变原来的制造工艺。在试验程 序期间，为了提供可接受的对准，必须对弯曲应力（应变）进行重复测量。在圆柱形或矩形截面试样上测定的弯曲应力（应变）不得超过试验期间施加的应力（应变）范围的最大值或最小值的 5%，或100 微应变，取较大者。弯曲应力（应变）应使用规程E1012 第 10 节（计算和结果的解释）的方法计算。如果力系变化，则需要进行对准校验。如果力系没有任何变化，则至少每12 个月进行一次对准校验。弯曲应力（应变）越小，试样之间的试验结果重复性就越大。这对延展性低的材料尤为重要（即，弯曲应力（应变）不得超过最小应力（应变）幅值的 5%）。由于弯曲应力（应变） 会长期影响疲劳性能，因此应报告弯曲应力（应变）。注 3本部分参考规程E1012 中的 A 型试验。注 4正如本部分所提到的，力系结构的变化通常是指力系主要构件的变化例，如测力传感器、促动器、十字