GB T 6398-1986 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法.pdf

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中华人民共和国国家标准
UDC669.1/,8
金属材料疲劳裂纹扩展速率
620.184.8
B6398-86
试验方法
Standard test method for fatigue
crack growth rates of metallic materials
本方法适用于在室温(15~35℃)及大气环境条件下用紧凌拉伸(CT)试样或中心裂纹拉伸
(CCT)试样测定金属材料大于10-°m/ cyclea的恒載幅疲劳裂纹扩展速率。
本方法要求试样平面尺寸在试验载荷下保持弾性占优势,厚度足以防止屈曲,在此前题下试样厚
度与强度不受限制。
本方法可采用规定以外的试样,但必须有适用的标定的应力强度因子。
为适应工程需要,本方法附录中还推荐了疲劳裂纹扩展门槛值的试验方法。
测定非室温、非大气环境下的疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展门槛值可参考本方法,但对温度、
介质等参数必须严格控制。
测定小于10-5mm/ 'cycle的疲劳裂纹扩展逑率亦可参考本方法白的附录C。
1符号
da/dN一疲劳裂纹扩展速率,m/ cycle;
a-一计算裂纹长度,mm;
循环数
max-一最大载荷,MN(kgf);
最小载荷,MN(kg
△P一一载荷范围,MN(kgf);
K一一应力强度因子,MV
32
。xー一最大应力强度因子,MN/m32(kgf1mm323;
Kmn一最小应力强度因子,MN/m"(kgf/mm
△K一一应力强度因子范围,MV/m32(kgf/mm3)
R一一载荷比
2术语和定义
2.1循环一载荷或应力随时问作周期性变化的个完整过程;通常称为载荷循环或应力循环。
2.2循环数\一载荷循环的次数。
2.3芳裂纹扩展速率d/dY一载荷循环“次的疲劳裂纹じ展量,本方法巾表示为裂纹尖端应力
强度因子范田△K的函数。
2.4应力强度因子K一裂纹尖端附近区域弹性应力场强度的度量,在本方法中系指「型受載情
2.5应力強度因子K标定一一在特定试样平面几何条件下应力强度因子与載荷和裂纹长度的关系,
它是基于试验和解析的数学表达式或曲线。
2.6计算裂纹长度一与实际裂纹相当的直前缘裂纹长度。对于CT试样,从加载线开始计量
国家标准局1986·05-17发布
1987-05-01实施
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B6398-86
(图1)。对于CCT试样,从试样中心线开始计量(图2)
2.最大载荷Pnax-循环载荷的最大代数值。
2.8最小载荷Pnia一循环载荷的最小代数值
2.9载荷范围APー一最大与最小载荷值之差,即
△P
2.10载荷比R一一最小与最大载荷值之比,即:
1n
2.11最大应力强度因子K。、一对应于最大载荷的应力强度因子,并随裂纹长度的增长而变化。
2.12最小应力强度因子Kmin-ー当载荷比R大于或等干零时对应于最小載荷的应力强度因子:当
R小于零时取为琴。在寿命预测中使用本定义提供的du/dN-△K的函数关系数据时应注意计算Kmin
的方法与使用状态的一致性。
2.13应力强度因子范围ムK一一最大与最小应力强度因子偵之差,即
△K=Kmax-K
3试样
3.1试样形状
标准CT试样如图1所
标准CCT试样如图2所示,试样工作长度应满足如下要求:
拉一抗加载:试样宽度W小于或等于75mm时,采用单销加载,加载孔之间的距离大于或等于
2,特殊几何形状CCT试样的大于75mm时,采用多排螺栓夹紧,试样两端最里面一排螺钉孔
之间的距离大于或等于1.5i。
拉一压加载:采用压板夹紧,压板内边缘之间的距离L大于或等于1,2W。
3,2试样尺寸
8.2.试样厚度B
3.2.1.1对CT试样而言,推存试样厚度的范围如下
B
式中W大于或等于25rmm。
3.2.1.2对CCT试样而言,推荐的试样厚度上限为/8,所必要的最小厚度要能避免丽曲。
3.2.2试样宽度i
3.2.2.1为测得有数的试验数据,应根据材料的条件屈强度o,以及预期的最大应力强度因子的
极限值Km元和CT试样的a/W或CCT试样的2uW极限値选择试样的最小宽度,见图3试样尺寸
标准化曲线,即Kmu/(o2、)-aW或2o/W曲线。
3.2.2.2根据对无裂纹初带最小偵的要求按下式绘制图3中的曲线
对CT试样
max
对CCT试样:
Bm
3.3试样切口
3.3.1切口长度
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CT试样的切口长度a应不小于0.2
3.3.1.2CT试样的切ロ前缘到中心的距离ム应不小于中心孔半径的3倍。当采用柔度法测量裂
纹长度时,建议中心裂纹长度2a2不小于0.2W。
3.3.2切口制备
试样切口可通过銑切、线切割和其他方法加工而成。图4中给出了各种不同的切ロ几何形状。为
便于频制出合格的疲劳裂纹,建议在热处理后进行线切割加工,切口根部曲率半径p小于或等于0.08m
(在预制出合格的疲劳裂纹的前题下曲率半径/阿以稍大些);铣切的人字形切及其他加工的切口
形状根部曲率半径P小于或等于0,25mm。
3.4试样取向
金属材料疲劳裂纹扩展速率与试样裂纹面的取向和製纹扩展方向有关。试样取向规定参照GB4161
-84《金属材料平面应变断裂韧度K:试验方法》中5.
8.5试样的残余应力
试样不可避免地会存在残余应力,它有可能引起疲劳裂纹扩展速率的变化。通过选择合适的试样
形状和尺寸(如CCT试样和较小的B/比值)及合理的试样加工与热处理工艺等,使残余应力对疲
芳裂纹扩展速率的影响尽量减小。
3.6试样的厚度效应
疲劳裂纹扩展速率并非总是与试样的几何形状无关,试样厚度的变化対疲芳裂纹扩展速率的影
有可能増大、鍼小或保持不变」因此,对试样的厚度效应应当引起注意。
4试验羲置
1疲劳试验机
试验允许在不同类型的拉圧疲劳试验机上进行,但必须满足:
4.1.1使试样受载对称分布
4.1.2在静态下校正载荷,其误差不超过±1%,示值变动度不超过1%:在动态下校正载荷,其误
差不超过±3%。
1.3带有准确的计数装置。
4.2加载装置
4.2.1CT试样的加载装置一-U型夹具按图5设计。材料的条件屈服强度の应大于980.7MNm2
(i00kgf/mm2)。销钌钉与销孔间隙应设计得使摩擦减至最小
4.2.2CCT试样的加载装置。夹具设计应保证在整个试验过程中试样工作区域内应力均匀分布。
为限制屈曲,薄板试验必须采用约束导板。
夹具夹紧形式随试样宽度和加载条件的变化如下
2.2-1拉ー拉加载,小于或等于75mm时,采用单个销子夹紧
2.2.2拉一拉加载,大于75m时,采用多排螺栓夹紧
4.2.2,3拉一压加载,采用压板夹紧,其专用螺栓和凹漕夹具参照图6设计;夹紧力也可由液压
和机械楔形系统提供。
4.2.3夹其校准应保证加載系统有良好的同心度;对拉一歴加载系统应保证具有足够的刚性。