(高清版)GB∕T 37616-2019 鋁合金擠壓型材軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法

ICS77.150.10鋁合金擠壓型材軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T37616—2019本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC243)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：遼寧忠旺集團(tuán)有限公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院、國合通用測(cè)試評(píng)價(jià)認(rèn)證股份合金有限責(zé)任公司、西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司、山東兗礦輕合金有限公司、廣東高登鋁業(yè)有限公司、中車株洲電力機(jī)車有限公司、中車唐山機(jī)車車輛有限公司、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、廣東堅(jiān)美鋁型材廠(集團(tuán))有限公司。1鋁合金擠壓型材軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了室溫下(10℃~35℃)鋁合金擠壓型材(沒有引入應(yīng)力集中)受軸向等幅力控制疲勞試驗(yàn)的方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋁合金擠壓型材規(guī)定應(yīng)力水平下的疲勞壽命測(cè)定，規(guī)定循環(huán)次數(shù)條件下的疲勞強(qiáng)度、S-N曲線、P-S-N曲線及Goodman曲線的2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是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)GB/T10623界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。PN5具有50%存活率的疲勞壽命。Np在規(guī)定應(yīng)力水平下，母材存活率P達(dá)到或超過的疲勞壽命。中值對(duì)數(shù)疲勞壽命medianlogarithmfatiguelife具有50%存活率的對(duì)數(shù)疲勞壽命。規(guī)定存活率的對(duì)數(shù)疲勞壽命logarithmfatiguelifeforPsurvival2GB/T37616—2019當(dāng)規(guī)定某一疲勞壽命N時(shí)，母材存活率P能夠達(dá)到或超過的疲勞強(qiáng)度。具有50%存活率的疲勞強(qiáng)度。在各個(gè)應(yīng)力水平下擬合中值疲勞壽命并且在各個(gè)規(guī)定壽命下擬合中值疲勞強(qiáng)度所得到的曲線，即50%存活率的應(yīng)力-壽命關(guān)系曲線。P-S-N曲線P-S-Ncurve在各個(gè)應(yīng)力水平下擬合P存活率的疲勞壽命并且在各個(gè)規(guī)定壽命下擬合P存活率的疲勞強(qiáng)度所3.10在規(guī)定疲勞壽命條件下(例如：規(guī)定疲勞壽命N,=1×10?),由至少三個(gè)不同應(yīng)力比R(例如：R=4方法概述本方法是沿試樣縱向施加恒幅交變載荷(見圖1),其循環(huán)應(yīng)力類型如圖2所示。在規(guī)定應(yīng)力水平說明：3GB/T37616—2019==vm人的σm平均應(yīng)力；拉壓max>0,σmin<0;5試驗(yàn)設(shè)備5.2疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)滿足JJG556的要求。6試樣單截面試樣和矩形等截面試樣。圓形試樣按照夾持端類型，又分為圓柱試樣和螺紋試樣。缺口試樣的形狀及尺寸由供需雙方商定后在訂貨單(或合同)中注明。圓形單截面試樣的形狀示意圖見圖3,其尺寸及偏差應(yīng)符合表1的規(guī)定。4R?——試樣圓弧半徑；d?——試樣最小直徑；D(M)——試樣夾持部分直徑或螺紋規(guī)格；L——試樣總長(zhǎng)。圖3圓形單截面試樣示意圖表1圓形單截面試樣尺寸及偏差單位為毫米型材厚度a試樣類型試樣最小直徑試樣圓弧半徑試樣夾持部分直徑或螺>15.00～25.00螺紋試樣M14×1圓柱試樣螺紋試樣80.00±1.00M22×1圓柱試樣20.00±1.00圓形等截面試樣的形狀示意圖見圖4,其尺寸及偏差應(yīng)符合表2的規(guī)定。d?——試樣橫截面直徑；D(M)——試樣夾持部分直徑或螺紋規(guī)格；L?——夾持部分；L?！嚇庸ぷ鞑糠值钠叫虚L(zhǎng)度；圖4圓形等截面試樣示意圖5GB/T37616—2019表2圓形等截面試樣尺寸及偏差單位為毫米型材厚度a試樣類型試樣橫截面直徑試樣過渡圓弧半徑R?試樣工作部分的平行長(zhǎng)度L。試樣夾持部分直徑或螺紋規(guī)格D(M)螺紋試樣60.00±1.00M22×1圓柱試樣20.00±1.00對(duì)于圓形截面試樣，同軸度、平行度允許偏差均不大于0.05mm,螺紋試樣兩端面與軸線的垂直度允許偏差不大于0.05mm。6.2.2矩形試樣矩形單截面試樣的形狀示意圖見圖5,其尺寸及偏差應(yīng)符合表3的規(guī)定。如有特殊要求，由供需雙方商定后在訂貨單(或合同)中注明。R?—-—試樣圓弧半徑；a--——試樣厚度；b?——試樣最小寬度；B——試樣夾持部分寬度；L——試樣總長(zhǎng)。圖5矩形單截面試樣示意圖表3矩形單截面試樣尺寸及偏差單位為毫米型材厚度a試樣最小寬度b?試樣圓弧半徑R試樣夾持部分寬度B15.00±0.05120.00±1.0040.00±1.00矩形等截面試樣的形狀示意圖見圖6,其尺寸及偏差應(yīng)符合表4的規(guī)定。如有特殊要求，由供需雙方商定后在訂貨單(或合同)中注明。6Le———試樣工作部分的平行長(zhǎng)度；L——試樣總長(zhǎng)。圖6矩形等截面試樣示意圖表4矩形等截面試樣尺寸及偏差單位為毫米型材厚度a試樣橫截面寬度b?試樣過渡圓弧半徑R?試樣工作部分的平行長(zhǎng)度L。試樣夾持部分寬度B15.00±0.0550.00±1.0050.00±1.0040.00±1.006.2.2.3允許偏差試樣平行部分同軸度允許偏差不大于0.15mm,兩端夾持部分同軸度允許偏差不大于0.40mm。6.3試樣制備6.3.1一般要求6.3.1.1取樣位置和方向應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議的要求，若未對(duì)取樣位置和方向進(jìn)行規(guī)定，可按6.3.2和6.3.3進(jìn)行取樣，并對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)和作出標(biāo)識(shí)。6.3.1.2試樣加工尺寸、形狀公差和表面粗糙度等應(yīng)符合要求，圓弧與平行長(zhǎng)度應(yīng)光滑連接。單截面試樣尺寸和形狀公差應(yīng)使用工具顯微鏡檢驗(yàn)和測(cè)量。6.3.1.4試樣拋光時(shí)，應(yīng)沿著試樣縱向拋光，壓向試樣表面的力盡可能小，以降低表面殘余應(yīng)力的影響。6.3.1.5試樣表面不應(yīng)有劃痕、磕碰和腐蝕等損傷或缺陷。6.3.2圓形試樣6.3.2.1型材壁厚大于15.00mm且不大于40.00mm時(shí)，在型材壁厚中心位置切取圓形試樣；型材壁厚大于40.00mm時(shí)，在型材壁厚中心至表面1/2位置切取直徑為d+5.00mm圓形試樣。6.3.2.2將圓形試樣經(jīng)過粗車加工，使試樣直徑達(dá)到d+0.50mm,建議經(jīng)過3次切削，每次切削深度為6.3.2.3將粗車后的試樣經(jīng)過精車加工，使試樣直徑達(dá)到d+0.02mm,建議經(jīng)過3次切削，每次切削深度為0.12mm,0.07mm,0.05mm。6.3.2.4將精加工后的試樣沿近似于試樣軸線的方向拋光，最后達(dá)到試樣的標(biāo)稱尺寸，除試樣夾持端外，表面粗糙度Ra不大于0.32pm。6.3.3矩形試樣6.3.3.1型材壁厚不大于15.00mm時(shí)，切取全壁厚矩形試樣。GB/T37616—2019次銑削深度為0.50mm,0.20mm,0.10mm。6.3.3.4為避免疲勞裂紋出現(xiàn)在棱邊，試樣工作部分的棱邊沿軸線方向需倒半徑為0.10mm~7試驗(yàn)說明7.1試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，清潔試樣表面時(shí)不得造成試樣損傷，用光學(xué)儀器檢驗(yàn)試樣工作表7.2采用工具顯微鏡測(cè)量單截面試樣最小橫截面的寬度或直徑，采用千分尺測(cè)量試樣的厚度，測(cè)量精7.3裝夾試樣應(yīng)保證施加于試樣上的載荷是沿軸向的。7.5試驗(yàn)選擇頻率范圍一般不大于200Hz。7.8記錄試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)過程中的異常情況。8試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理通過性試驗(yàn)用于產(chǎn)品生產(chǎn)過程控制的隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)性試驗(yàn)。每個(gè)檢驗(yàn)批次制備試樣至少3件。循環(huán)次數(shù)是由技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議規(guī)定的試驗(yàn)條件來確定。在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，如果同一檢驗(yàn)批次疲勞試樣3件全部達(dá)到指定循環(huán)次數(shù)而未斷裂，則試驗(yàn)結(jié)一組試樣至少3件。每級(jí)應(yīng)力水平需要重復(fù)的試樣數(shù)量取決于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散程度，應(yīng)滿足所要求的置信度。78GB/T37616—20198.2.3中值疲勞壽命測(cè)定在同一應(yīng)力水平下，測(cè)定一組試樣的疲勞壽命。當(dāng)要求置信度γ時(shí)，應(yīng)在試驗(yàn)過程中根據(jù)變異系各個(gè)疲勞壽命取成對(duì)數(shù)疲勞壽命x;=lgN;,然后再進(jìn)行計(jì)算。 (1)子樣標(biāo)準(zhǔn)差s: (2)中值疲勞壽命N50:N?o=1g-1x (3)8.2.4規(guī)定存活率的疲勞壽命測(cè)定規(guī)定存活率P的對(duì)數(shù)疲勞壽命xp:xp=x±ups (4)式中，存活率P對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏量up數(shù)值參考表A.2,根據(jù)up的特性，當(dāng)P≥50%時(shí)取負(fù)值，當(dāng)P<50%時(shí)取正值。規(guī)定存活率P的疲勞壽命Np:Np=lg-1xp (5)8.3疲勞強(qiáng)度的測(cè)定8.3.1試驗(yàn)方法概述采用升降試驗(yàn)法，測(cè)定長(zhǎng)壽命區(qū)規(guī)定循環(huán)次數(shù)下的中值疲勞強(qiáng)度和規(guī)定存活率的疲勞強(qiáng)度。8.3.2試樣數(shù)量一般需要有效試樣15件左右。每級(jí)應(yīng)力水平需要重復(fù)的試樣數(shù)量取決于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散程度，應(yīng)滿足所要求的置信度γ。8.3.3中值疲勞強(qiáng)度測(cè)定升降試驗(yàn)法相鄰兩級(jí)應(yīng)力水平的應(yīng)力增量△o=0i+1—σ;應(yīng)為預(yù)計(jì)疲勞極限或中值疲勞強(qiáng)度的3%～5%。應(yīng)力水平級(jí)數(shù)取決于應(yīng)力增量的大小和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散程度，一般以3～5級(jí)為宜。第一件試樣的試驗(yàn)應(yīng)力水平應(yīng)略高于預(yù)計(jì)疲勞極限或中值疲勞強(qiáng)度，隨后試樣的試驗(yàn)應(yīng)力水平取決于前一試樣的試驗(yàn)結(jié)果。凡前一試樣未達(dá)到規(guī)定循環(huán)次數(shù)發(fā)生破壞，則隨后的一次試驗(yàn)將在低一級(jí)的應(yīng)力水平下進(jìn)行；凡前一根試樣達(dá)到規(guī)定循環(huán)次數(shù)未破壞，則隨后的一次試驗(yàn)在高一級(jí)應(yīng)力水平下進(jìn)行，直至完成全部試驗(yàn)為止。對(duì)第一次出現(xiàn)相反結(jié)果以前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在后續(xù)試驗(yàn)中可以使用一次?！璆B/T37616—2019式中：n——有效試驗(yàn)總次數(shù)；m——應(yīng)力級(jí)數(shù)；σ;——第i級(jí)應(yīng)力水平；V;——第i級(jí)應(yīng)力水平的試驗(yàn)次數(shù)。如果試驗(yàn)需要求出中值疲勞強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)差，則應(yīng)將相鄰應(yīng)力水平的各數(shù)據(jù)點(diǎn)按一個(gè)斷裂點(diǎn)(×)和一個(gè)未斷裂點(diǎn)(O)配成一對(duì)，如果升降圖是封閉的，則所有試驗(yàn)點(diǎn)都能配成對(duì)子，這時(shí)中值疲勞強(qiáng)度的估計(jì)量按式(7)計(jì)算，式(7)和式(6)計(jì)算的結(jié)果相同?！?7)式中：配成對(duì)子的總數(shù)，即試樣數(shù)量n的一半；配成對(duì)子的級(jí)數(shù)，即應(yīng)力級(jí)數(shù)m減1,即m*=m—1;V*-——相鄰兩級(jí)配成的對(duì)子數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)差：……(8)和表A.2,確定所需最少觀測(cè)值個(gè)數(shù)。8.3.4規(guī)定存活率的疲勞強(qiáng)度測(cè)定規(guī)定存活率P的疲勞強(qiáng)度：σp=σ50十ups*……(9)式中，標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏量up數(shù)值參見表A.2。注：如果用戶或產(chǎn)品協(xié)議要求進(jìn)行樣本標(biāo)準(zhǔn)差修正或單側(cè)容限系數(shù)修正，可參照附錄B或附錄C進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。8.4S-N曲線測(cè)定8.4.1單點(diǎn)S-N曲線測(cè)定當(dāng)試樣件數(shù)或試驗(yàn)條件受到限制時(shí)，可采用單點(diǎn)法粗略的測(cè)定S-N曲線。試樣數(shù)量10件左右。在中壽命區(qū)，應(yīng)力水平不應(yīng)少于5級(jí)。測(cè)定疲勞極限σn時(shí)，如果試樣在第i級(jí)應(yīng)力σ;下，未達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)發(fā)生斷裂，而在較低的第i+1級(jí)應(yīng)力o;+1下未發(fā)生斷裂，并且兩級(jí)應(yīng)力差值(o;—o;+1)不超過σi+1的5%,則σ;與σ;+1的平均值可為疲勞極限參考值，即：……(10)8.4.2S-N曲線和P-S-N曲線測(cè)定8.4.2.1中壽命區(qū)線段中壽命區(qū)線段，選取3～5級(jí)應(yīng)力水平，采用成組試驗(yàn)測(cè)定中值疲勞壽命和規(guī)定存活率下疲勞壽命。8.4.2.2長(zhǎng)壽命區(qū)線段長(zhǎng)壽命區(qū)線段，在規(guī)定循環(huán)次數(shù)N下(例如：N=1×10?),采用升降法試驗(yàn)測(cè)定中值疲勞強(qiáng)度和規(guī)9GB/T37616—2019定存活率的疲勞強(qiáng)度；如果需要，也可以在規(guī)定其他循環(huán)次數(shù)N下(例如：N=5×10?),采用升降試驗(yàn)法測(cè)定其中值疲勞強(qiáng)度和規(guī)定存活率下的疲勞強(qiáng)度。8.4.2.3S-N曲線和P-S-N曲線擬合在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)下，以應(yīng)力σ為縱坐標(biāo)，以循環(huán)次數(shù)N為橫坐標(biāo)(對(duì)數(shù)坐標(biāo)lgN)繪制S-N曲線和P-S-N曲線。在中壽命區(qū)，S-N曲線和P-S-N曲線擬合表達(dá)式如式(11)和式(12):lgN50=a+blgomax (11)lgNp=a+blgop (12)式中，a、b均為待定系數(shù)，用最小二乘法求得。8.5Goodman曲線測(cè)定根據(jù)8.3和8.4測(cè)定數(shù)據(jù)或規(guī)定的應(yīng)力水平指標(biāo)繪制Goodman曲線(或等壽命-應(yīng)力關(guān)系曲線)。在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)下(例如：N=1×107)下，由至少三個(gè)不同應(yīng)力比R(例如：R=-1,0.1,0.5),以及最曲線擬合表達(dá)式的二元一次方程組式(13)如下：……(13)工程材料疲勞性能應(yīng)滿足式(14)的要求：……9數(shù)值修約9.1力(單位：N)和應(yīng)力(單位：MPa)修9.2試樣尺寸修約到0.01mm。9.3試驗(yàn)頻率修約到個(gè)位數(shù)。9.4疲勞壽命或循環(huán)次數(shù)用10”形式表示，保留三位有效數(shù)位，例如：3.56×10?。10試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括下述內(nèi)容：a)本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)；c)試樣類型、尺寸、取樣方向和取樣位置等；d)試驗(yàn)條件，包括：疲勞試驗(yàn)機(jī)型號(hào)、加載方式、應(yīng)力水平、應(yīng)力比、試驗(yàn)頻率、試驗(yàn)波形和試驗(yàn)溫度等；e)試驗(yàn)結(jié)束判據(jù)，循環(huán)次數(shù)(N=1×10?),或試樣失效，或其他判據(jù)；f)試驗(yàn)結(jié)果，包括：試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，可包括表達(dá)式和關(guān)系曲線圖形等；g)試驗(yàn)人員、試驗(yàn)日期和試驗(yàn)單位；h)試驗(yàn)過程中的異常情況。GB/T37616—2019(資料性附錄)表A.1規(guī)定置信度γ時(shí)，最少試樣個(gè)數(shù)表(P=50%,相對(duì)誤差δ=±5%)變異系數(shù)最少試樣個(gè)數(shù)小于0.02010.029730.03140.042540.04030.052450.04760.060860.05410.068170.05980.074680.06500.080690.06990.08630.07440.09150.07870.09640.08280.10120.08660.10560.09030.10990.09380.11410.09720.11810.10050.12190.10370.12570.10680.1293表A.2P數(shù)值表upGB/T37616—2019表A.3ta數(shù)值表自由度α0.900.500.200.100.050.020.0120.1420.8162.9204.3036.9659.92530.1370.7652.3533.1824.5415.84140.1340.7412.1322.7763.7474.60450.1320.7272.0152.6713.3654.03260.1310.7182.4473.1434.70770.1300.7112.3652.9983.49980.1300.7082.3062.8963.35590.1290.7032.2622.8213.2500.1290.7002.2282.7643.1690.1290.6972.2012.7183.1060.1280.6952.1792.6813.0550.1280.6942.1602.6503.0120.1280.6922.1452.6242.9770.1280.6912.1312.6022.9470.1280.6902.1202.5832.9210.1280.6892.1102.5672.8980.1270.6882.1012.5522.8780.1270.6882.0932.5392.8610.1270.6872.0862.5282.8450.1270.6862.0802.5182.8310.1270.6862.0742.5082.8190.1270.6852.0692.5002.8070.1270.6852.0642.4922.7970.1270.6842.06