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金屬拉伸蠕變及持久試驗方法
Metallic materials—Creep and stress-rupture test in tension
1 范圍
本標準規(guī)定了金屬拉伸蠕變及持久試驗的適用范圍、引用標準、試驗原理、符號、術語及定義、試樣、試驗設備及儀器、試驗、試驗結果處理及試驗報告。
本標準方法適用于測定金屬如下力學性能:
2 引用標準
下列標準所含的條文,通過在本標準中引用而構成本標準的條文,本標準出版時,所示版本均為有效。所有標準均可能修訂,本標準的使用者應探討使用下列標準版本的可能性。
GB8170-87數(shù)值修約規(guī)則
GB10623-89金屬力學性能試驗術語
JJG141-83工作用鉑銠10-鉑熱電檢定規(guī)程
JJG276-88高溫蠕變、持久強度試驗機檢定規(guī)程
JJG351-84工作用鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-考銅熱電偶檢定規(guī)程
JJG368-84工作用銅-康銅熱電偶檢定規(guī)程
3 試驗原理
將試樣加熱至規(guī)定溫度,沿試樣軸線方向施加拉伸力并保持恒定,將試樣拉至規(guī)定變形量或斷裂,測定其蠕變或持久性能。
4 符號、術語及定義
4.1本標準使用的符號見表1。
表1符號
符號 | 名 稱 | 單 位 |
d0 du a b L0 Lc Lu Lt | 圓形橫截面試樣原始直徑 圓形光滑試樣斷后zui小直徑 矩形橫截面試樣厚度 矩形橫截面試樣寬度 試樣原始計算長度 試樣原始標記長度 試樣斷后標記長度 試樣總長度 | mm |
S0 Su | 試樣計算長度內(nèi)原始橫截面積 試樣斷后zui小橫截面積 | mm2 |
F | 試驗力 | N |
σ σ` | 試驗應力(σ=F/ S0) 缺口試樣試驗應力 | MPa (N/mm2) |
t | 試驗溫度 | ℃ |
τ τ` | 試驗時間 缺口試樣試驗時間 | h |
εi εe εp εt δ ¢ | 蠕變起始伸長率 蠕變彈性伸長率 蠕變塑性伸長率 蠕變總伸長率 持久斷后伸長率 持久斷面收縮率 | % |
v | 穩(wěn)態(tài)蠕變速率 | %h |
Kσ、Kτ | 持久試樣缺口敏感系數(shù) |
4.2本標準使用的術語及定義如下:
4.2.1蠕變極限
在規(guī)定溫度下使試樣在規(guī)定時間產(chǎn)生的蠕變伸長率(總伸長率或塑性伸長率)或穩(wěn)態(tài)蠕變速率不超過規(guī)定值的zui大應力。
當以伸長率測定蠕變極*,用表示;
當以穩(wěn)態(tài)蠕變速率測定蠕變極*,用表示。
4.2.2持久強度極度
試樣在規(guī)定溫度下達到規(guī)定的試驗時間而不產(chǎn)生斷裂的zui大應力,用表示。
4.2.3持久斷后伸長率
持久試樣斷裂后,在室溫下計算長度部分的增量與原始計算長度的百分比。用公式δ=計算。
當標記標在計算長度之外時,則為原始標記長度的增量與原始計算長度的百分比,用公式δ=計算。
注:對圓形橫截面試樣,與之差不應超過的10%;對矩形橫截面試樣,與之差不應超過的15%。
4.2.4持久斷面收縮率
持久試樣斷裂后,在室溫下橫截面積的zui大縮減量與原始橫截面積的百分比,用公式
¢=計算。
4.2.5持久缺口敏感系數(shù)
在缺口試樣與光滑試樣試驗應力相同的條件下,持久斷裂時間的比值;用Kσ表示,Kσ=。
在缺口試樣與光滑試樣斷裂時間相同的條件下,試驗應力的比值,用Kτ表示,
Kτ=。
4.2.6與本標準有關的其他術語及定義見GB10623。
5 試樣
5.1圓形橫截面試樣
5.1.1蠕變試樣直徑5mm~10mm,原始計算長度5d0或10d0(也可以采用12.5 d0)。
推薦的標準蠕變試樣見圖1。
圖1圓形橫截面標準蠕變試樣
5.1.2標準持久試樣直徑為5mm和10mm;原始計算長度分別為25mm和50mm,見圖2和圖3。
注:為了準確地計算持久斷后伸長率,可適當減小過渡圓弧半徑。
5.3.3試樣凸肩及頭部的形狀及尺寸可根據(jù)引伸計結構和拉桿型式確定。試樣頭部與計算長度之間應有過渡圓弧,對于圓形橫截面試樣,過渡圓弧半徑應不小于直徑的四分之一;對于矩形橫截面試樣,過渡圓弧半徑應不小于寬度的四分之一。
5.3.4矩形橫截面試樣一般應保留原表面,如技術條件或雙方協(xié)議另有要求,可磨光表面。
6試驗設備及儀器
6.1試驗機在使用范圍內(nèi)(5%—100%)力值相對誤差應不大于±1.0%;示值相對變動度應不大于1.0%,試驗機上下夾頭拉桿之間的試驗力同軸度應不超過15%。
6.2蠕變變形測量儀器的量小分度值應不大于1μm,誤差一般應不大于總蠕變伸長的±1.0%。
6.3測溫熱電偶應符合JJG141、JJG351或JJG368中Ⅱ級熱電偶要求。
6.4溫度補償系統(tǒng)應使熱電偶冷端溫度保持恒定,允許偏差在0.5℃之內(nèi)。
6.5溫度測量儀器的分辨率應在0.5℃之內(nèi),誤差應不大于±1℃。
6.6溫度控制及加熱裝置應保證在試驗期間溫度符合表3要求。
表3 試驗溫度的偏差和梯度 ℃
試驗溫度 | 溫度偏差 | 溫度梯度 |
<900 | ±3 | 3 |
900~1100 | ±4 | 4 |
注 1溫度梯度:試驗中任一瞬間試樣所有被測點溫度的zui高值與zui低值之差。 2試驗溫度應包括對熱電偶及測量儀器誤差的修正。 3對于溫度超過1100℃的試驗,溫度偏差及溫度梯度應由有關雙方協(xié)商確定。 |
6.7加熱爐均溫區(qū)一般應不小于試樣計算長度的1.5倍。
7試驗
7.1試驗室溫度一般應保持在10℃~35℃之內(nèi);試驗室應遠離或隔離震源,室內(nèi)嚴防震動。
7.2試驗前應對試樣表面及尺寸進行檢查,試樣表面不應有劃傷或缺陷。試樣的橫截面尺寸應在計算長度內(nèi)的兩端及中部測量,在每處相互垂直方向上各側一次,以計算的zui小橫截面為準。測量試樣截面尺寸的量具zui小分度值應不大于0.01mm。
7.3計算長度等于或小于50mm的試樣,一般應在兩端各固定一支熱電偶,計算長度大于50mm的試樣,應在兩端及中部各固定一支熱電偶。對于缺口試樣,應有一支熱電偶固定于缺口處。熱電源工作端應緊貼試樣表面,并應防止爐壁熱輻射。
7.4對于蠕變試驗,推薦使用雙面變形測量裝置,引伸計的結構和裝卡應能真實地反映試樣軸線方向的伸長,并應避免變形讀數(shù)受室溫變化和氣流的影響。試驗前用適當增量的力檢查引伸計裝卡質量,必要時對引伸計進行調整,使兩側變形讀數(shù)的平均值與任一側讀數(shù)之差除以平均值的百分比不大于15%。
7.5試樣在加熱爐內(nèi)不應受到非軸向力的作用。
7.6升溫前,可對試樣施加初始力,此力值應不大于總試驗力的10%,且應力不超過10N/mm2。
7.7將試樣加熱至規(guī)定溫度的時間一般為2h~8h,溫度保持時間在1h~24h。在升溫及保溫期間,不應超過規(guī)定溫度上限。對于升溫及保溫時間應做記錄。
7.8達到保溫時間后,平穩(wěn)地施加試驗力。對于蠕變試驗,應將砝碼分成適當級數(shù),記錄施加每級力的變形值,在力一伸長曲線上求得彈性變形及超始塑性變形值,見圖7。
7.9建議對試驗溫度自動記錄,溫度測量間隔應保證在整個試驗期間溫度符合6.6條要求。
7.10蠕變變形的記錄應保證明確地繪出蠕變曲線。
7.11試驗中因故中途停試時,建議在試樣上保持試驗力。但應避免由于低溫收縮而導致試樣上的力超過規(guī)定值。當重新試驗時,達到規(guī)定溫度并保溫度并保溫后開始記錄。
7.12建議試驗累積時間用誤差不大于±0.2%的計時器自動記錄。
7.13達到規(guī)定時間時,對于不能采用分級加力記錄變形的蠕變試驗,卸除主試驗力后要繼續(xù)測量滯彈變形,直至基本回復為上,見圖8。
7.14試驗機應定期按JJG276進行檢定,檢定周期一般為一年,對于超過一年的長時間試驗,應在試驗結束時檢定試驗機。
7.15蠕變極限的測定
在四個以上適當?shù)膽λ竭M行等溫蠕變試驗,建議每個應力水平做出三個數(shù)據(jù),在單對數(shù)或雙對數(shù)坐標上用作圖法或zui小二乘法繪制出應力-蠕變伸長率或應力-穩(wěn)態(tài)蠕變速率關系曲線。用內(nèi)插法或外推法求出蠕變極限。
7.16持久強度極限的測定
在五個以上適當?shù)膽λ竭M行等溫持久試驗,建議至少有三個應力水平每組做出三個數(shù)據(jù),在單對數(shù)或雙對數(shù)坐標上用作圖法或zui小二乘法繪制出應力-斷裂時間曲線。用內(nèi)插法或外推法求出持久強度極限。
7.17蠕變或持久強度極限與溫度的關系至少用三個溫度確定。
7.18對只要求蠕變塑性伸長率的試驗,可用“標記法"測定,但應保證測量誤差在6.2條規(guī)定范圍內(nèi)。
8 試驗結果處理
8.1當出現(xiàn)下列情況之一時,試驗結果無效,應補做試驗。試驗結果滿足材料技術條件要求時除外。
8.1.1試樣斷在標記上或計算長度之外。
8.1.2試樣斷口處有明顯缺陷。
8.1.3溫度超過規(guī)定范圍上限或試樣受力異常。
8.2持久斷后伸長率及斷面收縮率修約間隔為1%,修約方法按GB8170執(zhí)行。
8.3對所采用的外推方法應詳細地說明,外推出的穩(wěn)態(tài)蠕變速率應不小于zui低蠕變速率的十分之一;外推出的時間應不大于zui長試驗時間的十倍。外推時,對于材料在溫度、應力及時間作用下的組織變化應予充分考慮。
9 試驗報告
試驗報告應包括如下內(nèi)容: