Испытание на усталость — ISO 1099/ISO 1143/ASTM E466. · Испытания металлов и металлургия

Что такое Усталость?

Испытание на усталость — это испытание, при котором к образцу прикладывают повторяющиеся напряжения ниже статической прочности и определяют количество циклов до разрушения. Результаты представлены в виде кривой стресс-цикл (S-N).

Усталость: цель

Цель состоит в том, чтобы спрогнозировать срок службы деталей, работающих при повторяющихся нагрузках, и определить предел усталостной прочности для проектирования.

К каким изделиям применяется Усталость?

Валы, оси и компоненты трансмиссии
Пружины и крепеж
Сварные соединения конструкций
Компоненты для аэрокосмической и автомобильной промышленности
Сосуды и трубы под давлением

В каких отраслях применяется Усталость?

МеталлСтальГорнодобывающая промышленностьМашиныНефть и Газ

Стандарты, связанные с Усталость

ISO 1099
ISO 1143
АСТМ Е466
АСТМ Е606
ISO 12107

Усталость: условия

Тип загрузки: Осевое растяжение-сжатие, вращательный изгиб или кручение.
Коэффициент напряжения: R = σmin/σmax; определено в спецификации
Частота: Выбран так, чтобы предотвратить нагрев; обычно 5–100 Гц
Прекращение действия: Перелом или достижение определенного количества циклов (например, 10⁷)

Оборудование для Усталость

Сервогидравлическая или резонансно-усталостная машина.
Вращательно-изгибочная усталостная машина
Счетчик циклов и автоматическое отключение
Мониторинг температуры

Требования к образцам для Усталость

Поверхность образца должна быть обработана до шероховатости, определенной в стандарте.
Поверхность должна быть безупречной, если не предполагается наличие зазубрин или разрывов.
Для кривой S-N необходимы образцы с несколькими уровнями напряжения.
Рекомендуется не менее трех образцов на уровень.

Усталость: продолжительность

Это длительный тест. Тест с 10⁷ циклом может занять от нескольких дней до нескольких недель, в зависимости от частоты.

Усталость: порядок проведения

1Образцы обрабатываются и измеряются их размеры.
2Определяются уровни стресса и коэффициент стресса.
3Образец монтируется в машине в осевом направлении.
4Повторная загрузка начинается с определенной частоты.
5Нагрузка продолжает разрыв или прерывание цикла.
6Регистрируют количество циклов для каждого уровня и строят кривую S-N.

Усталость: критерии приёмки

Критерий приемки указан в спецификации как минимальное количество циклов при заданном уровне напряжения или минимальная усталостная прочность.

Оценка результатов

Кривая S-N и разброс оцениваются вместе. Перелом в месте захвата или нарушение целостности могут сделать результат недействительным; Поверхность разрушения исследуется для определения точки зарождения.

Усталость: протокол

Применяемый стандарт и тип загрузки
Уровни стресса и коэффициент стресса
Частота и условия окружающей среды
Количество циклов для каждого образца
Кривая S-N и оценка поверхности излома

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

Спецификации компонентов для аэрокосмической и автомобильной промышленности
Стандарты проектирования сосудов под давлением

Испытания металлов и металлургия — Что охватывает эта область испытаний?

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

Металлические и металлургические испытания определяют нагрузку, которую может выдержать металл или сварное соединение, характер его разрушения и внутреннюю структуру. Результат этой группы часто касается не самого изделия, а идентичности МАТЕРИАЛА: действительно ли сталь заявленной марки, обеспечивает ли сварной шов прочность, заложенную проектом, содержит ли отливка недопустимый внутренний дефект?

Практическая значимость этой области объясняется тем, что металлическая деталь редко разрушается постепенно. Пластиковая деталь деформируется, стареет, трескается и обычно даёт предупреждение. Сварной шов или крепёжный элемент, напротив, часто ломается без предупреждения — особенно при усталости и хрупком разрушении. Поэтому в таких областях, как оборудование под давлением, грузоподъёмная техника, строительная сталь и трубопроводы, испытание материалов — требование РЕГЛАМЕНТА, а не проекта.

Эта группа объединяет три группы методов, каждая отвечает на свой вопрос. Механические испытания количественно определяют поведение материала под нагрузкой. Неразрушающий контроль ищет дефекты, не повреждая деталь. Металлография и химический анализ объясняют, почему материал ведёт себя именно так — через структуру зерна, распределение фаз, содержание включений и состав сплава.

Критерий приёмки этих испытаний почти никогда не берётся из стандарта на испытание, и это ключ к пониманию области. Стандарт на испытание указывает, как проводить измерение; допустимые значения берутся из стандарта на продукцию, марки материала или кода изготовления. ISO 6892-1 описывает, как проводить испытание на растяжение; EN 10025 указывает, какой предел текучести должна давать эта сталь. При чтении отчёта существенно знать, по какому стандарту на продукцию проводилась оценка.

Отбор проб в этой области неотделим от результата. Два образца, взятые из одной плавки, могут дать разные значения в зависимости от направления и места отбора; в прокатной продукции образцы, параллельные и перпендикулярные направлению прокатки, дают разные результаты. Поэтому стандарты на продукцию также регламентируют место и ориентацию отбора проб, и отчёт должен это документировать.

Группы методов в этой области

Механические испытания
Растяжение, сжатие, изгиб, ударная вязкость с надрезом (Шарпи), твёрдость (Бринелль, Виккерс, Роквелл), усталость, ползучесть и вязкость разрушения. Они дают поведение материала под нагрузкой в числовой форме.
Неразрушающий контроль
Радиография, ультразвуковой контроль, капиллярный контроль, магнитопорошковый контроль и визуальный осмотр. Ищет поверхностные и внутренние дефекты, не повреждая деталь, и является незаменимым этапом сварного производства.
Металлография
Подготовка образца, травление и микроскопическое исследование. Оцениваются размер зерна, распределение фаз, содержание включений, глубина цементации и зона термического влияния сварного шва.
Химический анализ
Состав сплава проверяется методом оптико-эмиссионной спектрометрии и мокрой химии; подтверждение марки материала проходит через этот этап.
Коррозионное поведение
Испытания в солевом тумане, на питтинговую и щелевую коррозию, а также межкристаллитную коррозию. В нержавеющих сталях они могут указывать на качество термообработки.

Часто путаемое в этой области

Сертификат на материал (например, EN 10204 3.1) не является протоколом испытаний; это декларация производителя. В критических применениях проводится независимая проверка, и эти два документа нельзя путать.
Испытания на растяжение по ASTM и ISO измеряют одни и те же величины, но используют разную геометрию образцов; результаты не считаются напрямую эквивалентными, применяется то, что требует спецификация.
Таблицы пересчёта между твёрдостью и прочностью являются ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫМИ. Расчёт предела текучести по твёрдости не является достаточным доказательством для приёмки материала.
В неразрушающем контроле фраза «дефектов не обнаружено» не означает их отсутствие; могут присутствовать дефекты ниже порога обнаружения метода. В отчёте должны быть указаны применённый метод и уровень чувствительности.
Прохождение сварного шва не доказывает квалификацию сварщика или процедуры; это отдельные процессы.

Какие решения подкрепляют эти результаты

Проверка сертификата на материал и приёмка поступающего материала
Утверждение сварного производства; аттестация сварщика и процедуры
Производственный контроль оборудования под давлением и конструктивных элементов
Анализ отказов и определение первопричины повреждений в эксплуатации
Проверка процессов термической и поверхностной обработки

Связанные тесты

Усталость: частые вопросы

Сколько времени занимает испытание на усталость?

Это зависит от целевого количества циклов и частоты. Тесты с высоким циклом (10⁷) могут занять недели; Таким образом, планирование уточняется на этапе ценового предложения.