Испытание на циклическую усталость — ASTM E606/ISO 12106

Что такое Циклическая усталость?

Испытание на циклическую усталость — это испытание, в котором применяется повторяющаяся нагрузка с контролируемой деформацией, а не с контролем напряжения, а поведение материала исследуется, как правило, в области малоцикловой усталости. Записываются петли гистерезиса.

Циклическая усталость: цель

Цель состоит в том, чтобы определить срок службы и поведение при упрочнении/размягчении при повторяющихся нагрузках высокой амплитуды, когда преобладает пластическая деформация.

К каким изделиям применяется Циклическая усталость?

Детали турбины, работающие при высокой температуре
Сосуд под давлением и трубопроводные соединения
Детали автомобильного двигателя
Сварные детали конструкции

В каких отраслях применяется Циклическая усталость?

МеталлСтальМашиныПромышленное оборудованиеПластмассы

Стандарты, связанные с Циклическая усталость

АСТМ Е606
ISO 12106
ISO 12111

Циклическая усталость: условия

Режим управления: Контролируемая амплитуда общей деформации
Форма волны: Обычно треугольной или синусоидальной формы, при постоянной скорости деформации.
Коэффициент деформации: Rε = εmin/εmax; обычно -1 (полностью перевернуто)
Температура: Комнатная температура или высокая температура согласно спецификации

Оборудование для Циклическая усталость

Сервогидравлическая испытательная машина
Высокоточный экстензометр
Печь с индукционным или резистивным нагревом
Система сбора данных и регистрации гистерезиса

Требования к образцам для Циклическая усталость

Образец должен иметь геометрию, подходящую для осевой нагрузки, предотвращающую коробление.
Поверхность должна быть отполированной и без остаточных напряжений.
Рекомендуется не менее трех образцов на каждый уровень деформации.
Место крепления экстензометра должно быть подготовлено.

Циклическая усталость: продолжительность

Поскольку количество циклов невелико, на изготовление одного образца обычно уходит несколько часов; общая сумма для разных уровней деформации может достигать нескольких недель.

Циклическая усталость: порядок проведения

1Образец измеряется и устанавливается в осевом направлении в машине.
2Устанавливают экстензометр и проверяют контроль деформации.
3При необходимости достигается и стабилизируется испытательная температура.
4Повторное нагружение начинают при определенной амплитуде деформации.
5Записываются петли гистерезиса; определяется петля полураспада.
6Нагрузка продолжает разрушаться, и количество циклов регистрируется.

Циклическая усталость: критерии приёмки

Критерий приемки указан в спецификации как минимальное количество циклов при заданной амплитуде деформации.

Оценка результатов

Амплитуда напряжения и амплитуда пластической деформации извлекаются из петли гистерезиса периода полураспада. Поведение по закалке или размягчению оценивается отдельно.

Циклическая усталость: протокол

Стандарт применяется
Амплитуда деформации, соотношение и скорость
Температура испытания
Количество циклов до разрушения
Петли гистерезиса и данные о периоде полураспада

Аккредитация

EUROLAB имеет международно признанную аккредитацию, полученную от органов по аккредитации, являющихся участниками многосторонних соглашений о признании IAF и ILAC, в соответствии с ISO/IEC 17025 для лабораторных испытаний, ISO/IEC 17020 для инспекций и надзора, а также ISO/IEC 17021-1 и ISO/IEC 17065 для сертификации систем и продукции. Эта цепочка гарантирует, что выданные отчеты и сертификаты принимаются по всему миру.

Возможность проведения этого теста в рамках аккредитованной области зависит от вашего продукта и применяемого стандарта; поскольку аккредитация основана на методе, объем работ подтверждается в письменной форме на этапе предложения.

Область применения и разрешения

Соответствующие правила

Стандарты проектирования высокотемпературных компонентов

Mekanik Testler — Что охватывает эта область испытаний?

В разделе ниже описывается область, к которой относится испытание Циклическая усталость; условия и критерии приемки именно этого испытания приведены в разделах выше. Объём, специфичный для вашего продукта, подтверждается письменно на этапе коммерческого предложения.

Механические испытания измеряют поведение материала или детали под нагрузкой. Семейство охватывает статическое нагружение (растяжение, сжатие, изгиб), зависящее от времени поведение (усталость, ползучесть), а также твёрдость и износ вплоть до трещиностойкости.

Общая черта этих испытаний в том, что результат сообщается как СВОЙСТВО МАТЕРИАЛА. Предел текучести или твёрдость — не решение о соответствии; это числовые данные, с которыми будут сравниваться конструкция и стандарт продукта. Поэтому протоколы механических испытаний обычно служат исходными данными для инженерного решения, а не для утверждения продукта — выбор материала, коэффициент запаса, прогноз срока службы.

Различие между статическим и динамическим поведением — ключ к пониманию этой области. Деталь может казаться совершенно ненапряжённой под статической нагрузкой, но сломаться при повторной нагрузке; усталостное разрушение происходит при напряжениях значительно ниже предела текучести и не даёт предупреждения. Для вращающихся, вибрирующих или циклически нагружаемых деталей испытание на растяжение само по себе поэтому не является достаточным доказательством.

Условия испытания определяют результат, и это критично для читаемости отчёта: геометрия образца, скорость нагружения, температура, кондиционирование и схема захвата. Один и тот же материал даёт разные значения при разных условиях. В пластиках эффект скорости очень выражен, в металлах — эффект температуры; в композитах ориентация образца полностью меняет результат.

Твёрдость — наиболее неправильно используемое измерение в этой области. Поскольку она быстрая, почти неразрушающая и недорогая, её часто используют вместо прочности. Таблицы пересчёта твёрдости в прочность существуют, но они ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫ и зависят от группы материала; использовать их как единственное доказательство при приёмке материала неправильно.

Область механики разрушения требует особой компетенции. Измерения трещиностойкости и скорости роста усталостной трещины позволяют рассчитать, как долго продержится растрескавшаяся конструкция; они являются основой проектирования, допускающего повреждения, в таких областях, как оборудование под давлением, авиационные конструкции и трубопроводы.

Группы методов в этой области

Статические испытания
Растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг и кручение. Получают предел текучести и прочность на растяжение, удлинение и модуль упругости.
Испытания на удар
Ударная вязкость по Шарпи и Изоду с надрезом; вязко-хрупкий переход материала определяется в зависимости от температуры.
Твердость
Бринелль, Виккерс, Роквелл, Шор и микротвёрдость. Ценно для глубины поверхностной обработки и локальных различий прочности.
Усталость
Осевая усталость с контролем силы и деформации, усталость при изгибе; кривые Вёлера (S-N) и предел выносливости.
Ползучесть и релаксация напряжений
Поведение под долговременной нагрузкой при высокой температуре; определяющий фактор для материалов котлов, турбин и оборудования под давлением.
Механика разрушения
Трещиностойкость в условиях плоской деформации, J-интеграл, CTOD и скорость роста усталостной трещины.
Износ и трение
Истирание по Табору и на вращающемся барабане, измерения коэффициента трения.

Часто путаемое в этой области

Расчёт прочности по твёрдости приблизителен; его нельзя использовать как единственное доказательство при приёмке материала.
Достаточная статическая прочность не подтверждает усталостную прочность; циклически нагружаемая деталь требует отдельного испытания.
Если скорость и температура испытания не указаны, результат нельзя сравнивать — особенно для полимеров и композитов.
Испытательный образец и реальная деталь могут давать разные значения; ориентация при формовании, линии спая и различия в обработке поверхности — всё это влияет на результат.
Значение прочности, указанное для композита без указания ориентации образца, не имеет смысла.
Аналоги ASTM и ISO измеряют одну и ту же величину, но используют разную геометрию образцов; результаты не считаются напрямую эквивалентными.

Какие решения подкрепляют эти результаты

Верификация конструкции и выбор материала
Входной контроль материалов и одобрение поставщика
Выполнение механических требований стандарта на продукцию
Анализ отказов, прогнозирование срока службы и расчёт живучести при повреждении
Проверка процессов термической и поверхностной обработки

Связанные тесты

Циклическая усталость: частые вопросы

В чем разница между испытанием на усталость и испытанием на циклическую усталость?

Классическое испытание на усталость, как правило, является многоцикловым и контролируемым напряжением. Циклическая усталость является контролируемой деформацией и малоцикловой, что представляет собой условия, в которых преобладает пластическая деформация.