Низкая циклическая усталость

Что такое Малоцикловая усталость?

При испытании на малоцикловую усталость к образцу прикладывают повторяющуюся контролируемую деформацию нагрузку, включающую пластическую деформацию. Петля напряжения-деформации (гистерезис) регистрируется в каждом цикле. Жизнь обычно длится порядка десятков тысяч циклов или меньше.

Малоцикловая усталость: цель

Цель – определить поведение материала при многократном нагружении в пластической области (циклическое затвердевание или размягчение) и срок его службы. Он используется для деталей, подвергающихся небольшому количеству циклов тяжелых нагрузок, таких как термоциклирование, циклы взлета-посадки и циклы тяжелых нагрузок.

К каким изделиям применяется Малоцикловая усталость?

Турбинные диски и лопатки
Сосуд под давлением и трубопроводные соединения
Компоненты двигателя
Оборудование атомных и электростанций
Сварные детали конструкции

В каких отраслях применяется Малоцикловая усталость?

МеталлАвтомобильная промышленностьАэрокосмическая промышленностьСтроительствоМашиностроениеЭнергетикаАэрокосмическая промышленность

Стандарты, связанные с Малоцикловая усталость

ISO 12106 (металлические материалы. Испытание на усталость с контролируемой осевой деформацией)
ASTM E606 (испытания на усталость под контролем деформации)
ASTM E2207 (осевая усталость при кручении)
ISO 12111 (термомеханическая усталость, контролируемая деформацией)

Малоцикловая усталость: условия

Контроль: Общая амплитуда деформации контролируется
Коэффициент деформации: Из спецификации; обычно полностью перевернутый
Форма волны и скорость: Определено в стандарте; указывается отдельно, если имеет место температурное воздействие
Измеренные количества: Петли гистерезиса, циклическая реакция на стресс, циклы до отказа

Оборудование для Малоцикловая усталость

Сервогидравлическая испытательная система с замкнутым контуром
Экстензометр высокого разрешения
Нагревательная печь или индукционная система (для горячих испытаний)
Высокоскоростная система сбора данных
Приспособление для проверки выравнивания

Требования к образцам для Малоцикловая усталость

Геометрия образцов и качество поверхности должны соответствовать стандарту.
Необходимо выбрать конструкцию образца, предотвращающую коробление при сжатии.
Необходимо следить за тем, чтобы кромки ножей экстензометра не оставляли следов на образце.
Для каждого уровня деформации необходим отдельный образец.
При горячих испытаниях температуру образца необходимо измерять непосредственно на образце.

Малоцикловая усталость: продолжительность

Поскольку жизнь коротка, испытание одного экземпляра занимает порядка нескольких часов. Поскольку требуется много образцов с разными уровнями деформации, общее исследование занимает несколько дней; при высокой температуре к этому добавляется время нагрева.

Малоцикловая усталость: порядок проведения

1Образец обрабатывается, измеряется и выравнивается на машине.
2Экстензометр располагают на расчетной длине образца.
3Амплитуда деформации и форма волны устанавливаются.
4Начинается циклическое нагружение и регистрируются петли гистерезиса.
5Отслеживаются изменения циклической реакции на стресс.
6Испытание прекращается при определенном падении нагрузки или разрушении.
7Получены кривая циклического напряжения-деформации и данные о сроке службы.

Малоцикловая усталость: критерии приёмки

Стандарт метода определяет, как проводится тест, а не каким должен быть результат. Предел приемки определяется стандартом материала, спецификацией продукта или техническим чертежом клиента; поэтому на этой странице нет числовых ограничений.

Оценка результатов

Результаты оцениваются как зависимость амплитуды деформации от срока службы и обычно моделируются путем разделения упругих и пластических компонентов. О циклическом упрочнении или размягчении сообщается отдельно и используется непосредственно в проектных расчетах.

Малоцикловая усталость: протокол

Идентификация образца, тип материала и номер отливки/партии, если таковые имеются.
Геометрия, размеры и метод подготовки образца
Применяются стандартные и испытательные условия
Температура испытания и условия окружающей среды
Измеренные значения и расчетные величины
Фотографии поверхности излома или вмятин (если применимо)
Неопределенность измерения (по запросу)
Заявление о том, что результат применим только к образцу, представленному на испытания.

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

EN 10204 (документы по контролю металлических изделий)
Регламент ЕС 305/2011 о строительной продукции (для продукции, используемой в строительстве)
Гармонизированные стандарты, применяемые в зависимости от семейства продуктов

Mekanik Testler — Что охватывает эта область испытаний?

В разделе ниже описывается область, к которой относится испытание Малоцикловая 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

Малоцикловая усталость: частые вопросы

Почему он контролируется напряжением?

Когда преобладает пластическая деформация, контролируемая нагрузка вызывает кумулятивное удлинение образца, и испытание становится неконтролируемым. Контроль деформации сохраняет цикл стабильным.

Можно ли объединить результат с данными большого цикла?

Эти два режима опираются на разные механизмы, но существуют модели жизни, в которых оба режима используются вместе. Их объединение требует, чтобы оба режима были измерены с помощью своих собственных методов.