疲劳试验方法.ppt

疲劳试验方法 报告人： 陈颖 学号：0970079主要内容主要内容•试样设计类别试样设计类别•试样的制备试样的制备•试样的测量和保存试样的测量和保存•疲劳试验方法及其测定疲劳试验方法及其测定试样设计类别试样设计类别•疲劳学科是一门实验的科学，其强度和寿疲劳学科是一门实验的科学，其强度和寿命的变化规律都是从实验得到的因此，命的变化规律都是从实验得到的因此，如何正确地进行试验，试验后如何进行数如何正确地进行试验，试验后如何进行数据处理，是很关键的一门技术据处理，是很关键的一门技术•要进行疲劳试验，第一个问题就是试样的要进行疲劳试验，第一个问题就是试样的设计，根据试验目的的不同，试样可分为设计，根据试验目的的不同，试样可分为三类三类:1)用原材料加工成标准试样，用原材料加工成标准试样，2〕〕在在实物上相应部位取样，一般得到的是非标实物上相应部位取样，一般得到的是非标试样试样3）用实际零部件直接进行疲劳试验用实际零部件直接进行疲劳试验试样的制备试样的制备•标准试样又可分为光滑试样和缺口试样两标准试样又可分为光滑试样和缺口试样两种缺口试样是在试样的工件段内加工一种。

缺口试样是在试样的工件段内加工一定尺寸的缺口以模拟实际零件的疲劳应定尺寸的缺口以模拟实际零件的疲劳应力集中情况力集中情况1 1）取样是指截取毛坯，这时必须在切割时留有足够的加工余量，以避免切割）取样是指截取毛坯，这时必须在切割时留有足够的加工余量，以避免切割时由于过热而影响材料的性能时由于过热而影响材料的性能2)2)机械加工对于刨削、车削和磨削精加工，均有一套推荐的工艺，其要求是机械加工对于刨削、车削和磨削精加工，均有一套推荐的工艺，其要求是应尽量使表面硬化和残余应力尽可能的小对于硬度特别高和韧性特别好的应尽量使表面硬化和残余应力尽可能的小对于硬度特别高和韧性特别好的材料，一般可在退火状态下加工至留有精材料，一般可在退火状态下加工至留有精( (磨磨) )加工余量的尺寸加工余量的尺寸. .然后进行热处然后进行热处理，最后再精理，最后再精( (磨磨) )加工3)3)表面状态表面状态对材料的疲劳性能影响很大，因此，在要求严格的场合，表面状态表面状态对材料的疲劳性能影响很大，因此，在要求严格的场合，必须对试样的表面粗糙度进行复验必须对试样的表面粗糙度进行复验; ;对试样表面进行探伤对试样表面进行探伤( (磁粉或着色磁粉或着色););对表对表面的残余应力进行测定。

面的残余应力进行测定试样的测量和保存试样的测量和保存•测量试样尺寸，用精度为测量试样尺寸，用精度为0.0lmm的量具进的量具进行，切勿碰行，切勿碰(划划)伤试样表面伤试样表面;暂时不用需保暂时不用需保存一段时间的试样，应在试样表面涂一层存一段时间的试样，应在试样表面涂一层中性的凡士林，以防止锈蚀中性的凡士林，以防止锈蚀疲劳试验方法及其测定疲劳试验方法及其测定•单根常规试验法单根常规试验法•成组常规试验法成组常规试验法•升降法升降法 •金属扭应力疲劳试验方法金属扭应力疲劳试验方法•P-S-N曲线的测定方法曲线的测定方法•显微疲劳试验方法显微疲劳试验方法常规试验法•常规疲劳试验方法是利用简便的方法来测定材料或构件的S一N曲线•主要包括以下两种方法•单根常规试验法 •成组常规试验法 单根常规试验法•单根常规试验法就是在每个应力水平下试验一个试件一般要不少于7~8个试件， 如图所示成组常规试验法•成组常规试验法就是在每个应力水平下试验一组(3一10个)试件，一般不少于6个应力水平，见图2所示常规试验步骤•(1)进行静力试验单根常规试验法，就取一根试件进行拉断试验若采用成组常规试验法，就取3~5根试件进行拉断试验，以检查材料或构件是否符合要求，并根据其应力选定各应力水平。

•(2)根据要求确定应力比为R=Smin/Smax若没有要求一般采用R=0.1•(3)根据静力试验的破坏载荷或要求，按K值估计Pmax和Pmin应力 Pmax=KP Pmin=RPmax K和R均为给定•4)根据要求确定交变载荷的频率，若无要求，一般采用较低的交变载荷的频率常规试验步骤•(5)计算平均载荷P0=（Pmax+Pmin)/2，对按平均载荷控制的疲劳试验机而言•(6)在进行疲劳试验时，应力水平一般先做中间应力水平，然后根据情况逐步向两边扩展，直到疲劳极限或条件疲劳极限为止•(7)记录试件破坏的循环次数S一N曲线的绘制•(1)将所有应力水平下测得的疲劳寿命N，或转换成对数疲劳寿命lgN•(2)以应力S或P为纵坐标，N或lgN为横坐标，将数据点画在半对数曲线上•(3)用逐点描述法，拟合这些数据点，即得到S一N曲线，具体见图3所示升降法•升降法是求材料疲劳极限的一种比较精确的方法此法就是在指定寿命下求平均疲劳强度，一般用15个左右的试件即可试验从高于疲劳极限的应力开始，然后逐级下降 升降法试验步骤•(1)根据S一N曲线选择应力增量(D)，一般建议为条件疲劳极限的4%~6%，全部试验最好在4级应力水平下进行。

•(2)在应力为条件疲劳极限的4%~6%范围内，试验第一根试件，为该试件未达到指定的循环次数(107)之前发生破坏于是在较低的一个应力增量试验第二根试件如仍然在指定循环次数前破坏，再降低一个应力增量，试验第三根试件，如在指定循环次数•(107)未破坏，再提高一个应力增量下，进行第四根试件，如仍然在指定循环次数未破坏，再提高一个应力增量，进行第五根试件，结果在指定循环次数前破坏，就降低一个应力增量进行试验依次进行直到15个试件全部做到为止•(3)根据试验绘制升降图，见图4所示 升降图升降法数据处理升降法数据处理金属扭应力疲劳试验方法•1 1、安装试样、安装试样•将试样紧固于试验机上，使试样与试验机两夹头将试样紧固于试验机上，使试样与试验机两夹头保持良好同轴保持良好同轴•2 2、选定应力循环频率、选定应力循环频率•根据所用试验机型号、试样、应力大小或试验要根据所用试验机型号、试样、应力大小或试验要求选定应力循环频率求选定应力循环频率•3 3、施加扭矩、施加扭矩•开动试验机，其应力循环频率调至选定之后，将开动试验机，其应力循环频率调至选定之后，将规定扭应力所需的相应扭矩施加到试样上规定扭应力所需的相应扭矩施加到试样上。

测定扭转疲劳性能-扭转疲劳极限t的测定•试验一般在预计（试验一般在预计（0.95-1.05））t范围的范围的3级左右等间距应力水平下进行；应力级左右等间距应力水平下进行；应力增量一般为预计增量一般为预计t的的3%-5%；第一根试；第一根试样的应力水平应略高于预计样的应力水平应略高于预计t；在每级；在每级应力水平下的试样的数量一般在两个应力水平下的试样的数量一般在两个或两根以上或两根以上试验顺序•1、半数试样试验至指定循环数而不失效的最高应力水平，但在比此应力水平低一级的应力水平下，试验至指定循环数而不失效的试样应超过半数•2、如果在某应力水平下，超过半数的试样试验未至指定循环数已失效，而在此应力水平低一级的应力水平下，试样试验至指定循环数全不失效时，则上述两级应力水平的平均值为扭转疲劳极限S-N曲线的测定•通常取4级-6级应力水平，用成组法测定其中等寿命区的疲劳极限，每组试样的数量一般随应力水平的降低而增加•用逐点描迹法或最小二乘法，拟合试验数据点即成S-N曲线.P-S-N曲线的测定方法•此方法就是在一个应力水平下试验至少5个试件，一般不少于4~5个应力水平，它是根据每个应力水平的所有试验结果进行统计处理后，便求得某一存活率P的安全寿命N，然后将不少于4一5个应力水平下分别求得的安全寿命，画在坐标线上，用曲线拟合各数据处，即作出P一S一N曲线，此方法一般适用中等寿命区。

试验步骤•(1)按要求选择好交变载荷及频率;•(2)调整好试验设备，按要求进行试验;•(3)记录每个应力水平下，所有试件破坏时的循环次数•(4)数据处理绘制P-S-N曲线显微疲劳试验方法•显微疲劳试验：一种新的疲劳试脸方法由此研制的疲劳试验装置，能够在金相级的水平上进行十分精细的轰劳试脸全部实脸过程可以进行实时观寨和记录用该细观手段实脸观察，可望对金属疲劳进行更深层次的分析研究，能更好地理解工程零部中实际疲裂纹的产生与扩展的过程显微疲劳试验方法•目前对微裂纹的研究一般是采用间接的方法比较流行的目前对微裂纹的研究一般是采用间接的方法比较流行的是复型薄膜法是复型薄膜法•复型薄膜法是在裂纹附近的区域内，粘贴一张被丙酮可溶复型薄膜法是在裂纹附近的区域内，粘贴一张被丙酮可溶的醋酸纤维素透明薄膜该复型薄膜把裂纹附近区域的表的醋酸纤维素透明薄膜该复型薄膜把裂纹附近区域的表面形貌复制下来，将它摊平固定在载玻片上，每隔一定的面形貌复制下来，将它摊平固定在载玻片上，每隔一定的疲劳周期粘贴一张，它记录了疲劳裂纹扩展的形貌这种疲劳周期粘贴一张，它记录了疲劳裂纹扩展的形貌这种方法比较简单，成本低廉但是它的粘贴质量决定于操作方法比较简单，成本低廉。

但是它的粘贴质量决定于操作者的水平与手艺而且必须待裂纹有一定的长度后才能清者的水平与手艺而且必须待裂纹有一定的长度后才能清晰地显示其形貌对于裂纹萌生初期，或是未能捕捉时机，晰地显示其形貌对于裂纹萌生初期，或是未能捕捉时机，获取裂纹萌生时的形貌获取裂纹萌生时的形貌;或是由于清晰度不够，对于感兴或是由于清晰度不够，对于感兴趣的区域，未能获得清晰的图象现在世界各国都开始致趣的区域，未能获得清晰的图象现在世界各国都开始致力于研究和发展能在显微镜下直接进行疲劳试验的设备，力于研究和发展能在显微镜下直接进行疲劳试验的设备，用显微镜直接对疲劳裂纹的扩展进行跟踪观察用显微镜直接对疲劳裂纹的扩展进行跟踪观察显微疲劳试验方法•为了研究微裂纹的萌生和早期扩展阶段，所采用的试验方为了研究微裂纹的萌生和早期扩展阶段，所采用的试验方法必须能观察到表面极其微小的变化，通常是在晶粒内的法必须能观察到表面极其微小的变化，通常是在晶粒内的变化在微裂纹的早期扩展阶段，微观结构起着十分重要变化在微裂纹的早期扩展阶段，微观结构起着十分重要的影响所选用的方法必须能看到组织结构如晶粒边界、的影响所选用的方法必须能看到组织结构如晶粒边界、杂质等对微裂纹疲劳扩展障碍。

疲劳试验要能连续监测疲杂质等对微裂纹疲劳扩展障碍疲劳试验要能连续监测疲劳裂纹的扩展疲劳试验要能很容易地停止下来，或继续劳裂纹的扩展疲劳试验要能很容易地停止下来，或继续进行下去，以便对裂纹尖端的微小变化进行观察和记录进行下去，以便对裂纹尖端的微小变化进行观察和记录疲劳试验中还要能很容易地对试件表面进行扫描和搜索，疲劳试验中还要能很容易地对试件表面进行扫描和搜索，以及跟踪疲劳裂纹的扩展以及跟踪疲劳裂纹的扩展•通过设计制造一套显微疲劳试验装置，满足上述的试验要通过设计制造一套显微疲劳试验装置，满足上述的试验要求求试验装置的设备组成•一套高分辨率的偏振光光学显微镜，一套能在显微镜下进行试验的加载装置，一套能在X、Y两个方向上调节水平及细微平稳移动调节的防震平台装置，一套能调节载荷大小、频率的动力装置，一套能观察裂纹扩展的摄像及显示装置和一套能记录裂纹扩展形貌的显微摄影装置显微疲劳试验的成果•利用新研究的显微疲劳试验方法，可成功地进行显微疲劳试验•(l)精确地观察和记录了微裂纹扩展的孰迹，它反映了微裂纹扩展的历程.•(2)精确地测定了微裂纹疲劳扩展的速率.解决了常规疲劳试验中颇感困难的问题.•(3)揭示了微裂纹萌生后“降速一止裂一再加速扩展”的这一有别于长裂纹疲劳扩展的独特方式与规律。

•(4)可以从细观角度研究冶金因素如金相组织、晶粒边界、晶粒取向、杂质等对徽裂纹扩展的影响，加深对疲劳过程的认识和理解。