金属板中弯曲疲劳检测方案(疲劳试验机)

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LAAN-A-SB-E004 ApplicationNo.i258News岛津(香港)有限公司http：//www.shimadzu.com.cn400-650-0439 ApplicationNews 材料试验 USF-2000A USF-2000A 金属材料超声波疲劳试验 No.i258 摘要：本文使用岛津公司 USF-2000A 超声波疲劳试验机试验证明，在本实验中，我们根据日本焊接工程学会(Japan WeldingEngineering Society) 制定的 WES 1112：2017(金属材料超声疲劳试验方法)，采用 SNCM439 和 A6063 两种金属试样进行试验并介绍了其试验结果。 关键词：疲劳试验金属实验 高强度钢是一类比普通结构钢强度更高的材料，众所周知，对于大多数结构金属材料，疲劳强度会降低，直到施加10°次荷载，从10'次开始达到疲劳极限，此时不会发生疲劳断裂。然而，通过研究还发现，对于硬化或表面处理的高强度金属材料，内部夹杂物成为疲劳断裂的根源，在10至10°次循环时也会导致断裂。另一方面，近年来，工业产品的功能性和耐久性要求越来越高，根据这一趋势，金属材料成型工业产品也必须满足严格的要求。因此，传统的最大负荷周期为10'次的测试现在是不够的，超过10°个周期的疲劳试验已经成为必需的。然而，对于一般的 实验部分 1.1仪器 USF-2000A 超声波疲劳试验机辐射温度计电涡流位移传感器 1.2样品尺寸与分析条件 样品名称：SNCM439，A6063 T5 样品尺寸：详见下图1 样品数量：2 应立振幅： SNCM439(1100，1050，1000，950，900，850MPa) A6063(120，110，100，90，80，70MPa) 最大循环次数：1*10 应力比：-1 频率：20kH 图1样品尺寸 (SNCM439) 液压疲劳试验机，这样的疲劳试验将需要相当长的时间。例如，在10Hz的频率下进行10°个周期的试验，理论上需要大约3.2年。用于本试验的超声波疲劳试验系统能够在 20 kHz的频率下进行试验，在约14小时内完成10°个循环的试验。因此，该测试系统是一个非常有效率的测量系统，用于超过10°个循环的疲劳试验。在本实验中，我们根据日本焊接工程学会(Japan WeldingEngineering Society) 制定的 WES 1112：2017(金属材料超声疲劳试验方法)，采用 SNCM439 和 A6063 两种金属试样进行试验。本文介绍了实验结果。 试验介绍 2.1试验装置 我们使用 USF-2000A 超声波疲劳测试系统进行测量。图2显示了超声波疲劳测试系统的图片其中包括有电涡流位移传感器，风冷装置与辐射温度计。 图2超声波疲劳试验系统 2.2试验样品介绍 超声波疲劳测试系统在20 kHz 下使试样产生共振，从而在试样上产生应力关于频率， WES 1112：2017描述，由于可听区域内低于15 kHz 的频率可能会导致噪声问题，而高于 30 kHz的高频可能会在设计可共振样品时出现困现，因此建议在20±1 kHz的频率下进行测试。为了满足这一要求，必须制备能在 20kHz 下共振的样品。我们制备了三个平行部分长度不同的试样(图1中的L)，并计算了各自的共振频率，通过线性插值得到 20kHz的试样尺寸。例如，图2示出了 SNCM439试样的图，下图3示出了谐振频率与平行部分长度L之间的关系。 图3谐振频率与平行长度L关系 3.2试验过程 WES 1112：2017中规定，必须实时监控羊样上应力较大部分的表面温度，以确定将温度保持在30°C或更低的条件，并建议使用辐射温度计。当室温超过30°C时，上限必须为室温+5°C。此外，建议使用风冷冷却，以10°C或更低的空气冷却试样。试验条件通过设置六个应力幅度水平，对两种金属试样进行试验。为了防止试件产生热量，除强制风冷外，还通过反复交替振荡和无振荡进行间歇操作。WES 1112：2017 规定，可以进行间歇操作，因为间歇操作对试验的影响可以忽略不计。 3.2试验结果 SNCM439 的试验结果如图4所示，A6063的试验结果如图5所示。试验中使用的 SNCM439 和A6063 试样分别在低温和T5热处理下回火，以获得高强度。在应力幅度较小的条件下，这些试样在10°到10°个循环时出现疲劳断裂。当应力振幅较大时，破坏循环次数的变化较小；当应力振幅较小时，这种变化较大。这表明，当应力幅度较大时，试样表面会发生断裂；当应力幅度较低时，会发生由内部夹杂引起的断裂，夹杂的大小会影响断裂过程。 图4应力幅度与破坏时循环次数关系 (SNCM439) 图5应力幅度与破坏时循环次数关系(A6063) 结论 在本实验中，我们对两种金属材料进行了超声波疲劳试验。两种材料在10°到10°次循环时都表现出疲劳断裂。因此，在需要更高耐久性的情况下，需要重复试验10'次以上。用于本试验的超声波疲劳试验系统能够在20 kHz 下进行疲劳试验，适用于超过10个循环的试验。并且由于可以在频率极高的条件下运行，所以可以大大提高疲劳试验的效率，降低时间成本。 在进行20khz弯曲疲劳试验时，可以使用高速摄像机观察金属板的振动运动情况。以前，了解试样的整体运动需要位移计的增量重新定位，但使用高速摄像机，可以在单个观察过程中评估试样的运动。此外，还论证了从拍摄的高速图像中确定样本准确的移动量的可能性。