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金屬拉伸蠕變及持久試驗方法

更新時間:2015-04-27  |  點擊率:4012


GB/T2039-1997

eqv ISO204:1997

代替GB2039-80

    GB6395-86

標(biāo) 準(zhǔn)


金屬拉伸蠕變及持久試驗方法

Metallic materialsCreep and stress-rupture test in tension

1 范圍

   本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了金屬拉伸蠕變及持久試驗的適用范圍、引用標(biāo)準(zhǔn)、試驗原理、符號、術(shù)語及定義、試樣、試驗設(shè)備及儀器、試驗、試驗結(jié)果處理及試驗報告。

   本標(biāo)準(zhǔn)方法適用于測定金屬如下力學(xué)性能:

  1. 穩(wěn)態(tài)蠕變速率
  2. 蠕變極限
  3. 蠕變伸長率
  4. 持久斷裂時間
  5. 持久強度極限
  6. 持久斷后伸長率及斷面收縮率
  7. 持久缺口敏感系數(shù)

2 引用標(biāo)準(zhǔn)

  下列標(biāo)準(zhǔn)所含的條文,通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)的條文,本標(biāo)準(zhǔn)出版時,所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)均可能修訂,本標(biāo)準(zhǔn)的使用者應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)版本的可能性。

  GB8170-87數(shù)值修約規(guī)則

  GB10623-89金屬力學(xué)性能試驗術(shù)語

  JJG141-83工作用鉑銠10-鉑熱電檢定規(guī)程

  JJG276-88高溫蠕變、持久強度試驗機檢定規(guī)程

  JJG351-84工作用鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-考銅熱電偶檢定規(guī)程

  JJG368-84工作用銅-康銅熱電偶檢定規(guī)程

3 試驗原理

  將試樣加熱至規(guī)定溫度,沿試樣軸線方向施加拉伸力并保持恒定,將試樣拉至規(guī)定變形量或斷裂,測定其蠕變或持久性能。

4 符號、術(shù)語及定義

4.1本標(biāo)準(zhǔn)使用的符號見表1

1符號

符號

   

d0

du

a

b

L0

Lc

Lu

Lt

圓形橫截面試樣原始直徑

圓形光滑試樣斷后zui小直徑

矩形橫截面試樣厚度

矩形橫截面試樣寬度

試樣原始計算長度

試樣原始標(biāo)記長度

試樣斷后標(biāo)記長度

試樣總長度

mm

S0

Su

試樣計算長度內(nèi)原始橫截面積

試樣斷后zui小橫截面積

mm2

F

試驗力

N

σ

σ`

試驗應(yīng)力(σ=F/ S0

缺口試樣試驗應(yīng)力

MPa

N/mm2

t

試驗溫度

τ

τ`

試驗時間

缺口試樣試驗時間

h

εi

εe

εp

εt

δ

蠕變起始伸長率

蠕變彈性伸長率

蠕變塑性伸長率

蠕變總伸長率

持久斷后伸長率

持久斷面收縮率

%

v

穩(wěn)態(tài)蠕變速率

%h

KσKτ

持久試樣缺口敏感系數(shù)


4.2本標(biāo)準(zhǔn)使用的術(shù)語及定義如下:

4.2.1蠕變極限

  在規(guī)定溫度下使試樣在規(guī)定時間產(chǎn)生的蠕變伸長率(總伸長率或塑性伸長率)或穩(wěn)態(tài)蠕變速率不超過規(guī)定值的zui大應(yīng)力。

  當(dāng)以伸長率測定蠕變極*,用表示;

  當(dāng)以穩(wěn)態(tài)蠕變速率測定蠕變極*,用表示。

4.2.2持久強度極度

  試樣在規(guī)定溫度下達(dá)到規(guī)定的試驗時間而不產(chǎn)生斷裂的zui大應(yīng)力,用表示。

4.2.3持久斷后伸長率

  持久試樣斷裂后,在室溫下計算長度部分的增量與原始計算長度的百分比。用公式δ=計算。

  當(dāng)標(biāo)記標(biāo)在計算長度之外時,則為原始標(biāo)記長度的增量與原始計算長度的百分比,用公式δ=計算。

  注:對圓形橫截面試樣,之差不應(yīng)超過10%;對矩形橫截面試樣,之差不應(yīng)超過15%。

4.2.4持久斷面收縮率

  持久試樣斷裂后,在室溫下橫截面積的zui大縮減量與原始橫截面積的百分比,用公式

=計算。

4.2.5持久缺口敏感系數(shù)

  在缺口試樣與光滑試樣試驗應(yīng)力相同的條件下,持久斷裂時間的比值;用Kσ表示,Kσ=。

  在缺口試樣與光滑試樣斷裂時間相同的條件下,試驗應(yīng)力的比值,用Kτ表示,

Kτ=

4.2.6與本標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的其他術(shù)語及定義見GB10623。

5 試樣

5.1圓形橫截面試樣

5.1.1蠕變試樣直徑5mm~10mm,原始計算長度5d010d0(也可以采用12.5 d0)。 

  推薦的標(biāo)準(zhǔn)蠕變試樣見圖1。

1圓形橫截面標(biāo)準(zhǔn)蠕變試樣

5.1.2標(biāo)準(zhǔn)持久試樣直徑為5mm10mm;原始計算長度分別為25mm50mm,見圖2和圖3。

  注:為了準(zhǔn)確地計算持久斷后伸長率,可適當(dāng)減小過渡圓弧半徑。

5.3.3試樣凸肩及頭部的形狀及尺寸可根據(jù)引伸計結(jié)構(gòu)和拉桿型式確定。試樣頭部與計算長度之間應(yīng)有過渡圓弧,對于圓形橫截面試樣,過渡圓弧半徑應(yīng)不小于直徑的四分之一;對于矩形橫截面試樣,過渡圓弧半徑應(yīng)不小于寬度的四分之一。

5.3.4矩形橫截面試樣一般應(yīng)保留原表面,如技術(shù)條件或雙方協(xié)議另有要求,可磨光表面。

6試驗設(shè)備及儀器

6.1試驗機在使用范圍內(nèi)(5%100%)力值相對誤差應(yīng)不大于±1.0%;示值相對變動度應(yīng)不大于1.0%,試驗機上下夾頭拉桿之間的試驗力同軸度應(yīng)不超過15%。

6.2蠕變變形測量儀器的量小分度值應(yīng)不大于1μm,誤差一般應(yīng)不大于總?cè)渥兩扉L的±1.0%。

6.3測溫?zé)犭娕紤?yīng)符合JJG141、JJG351JJG368中Ⅱ級熱電偶要求。

6.4溫度補償系統(tǒng)應(yīng)使熱電偶冷端溫度保持恒定,允許偏差在0.5℃之內(nèi)。

6.5溫度測量儀器的分辨率應(yīng)在0.5℃之內(nèi),誤差應(yīng)不大于±1℃。

6.6溫度控制及加熱裝置應(yīng)保證在試驗期間溫度符合表3要求。

3 試驗溫度的偏差和梯度               

試驗溫度

溫度偏差

溫度梯度

900

±3

3

9001100

±4

4

1溫度梯度:試驗中任一瞬間試樣所有被測點溫度的zui高值與zui低值之差。

2試驗溫度應(yīng)包括對熱電偶及測量儀器誤差的修正。

3對于溫度超過1100℃的試驗,溫度偏差及溫度梯度應(yīng)由有關(guān)雙方協(xié)商確定。

6.7加熱爐均溫區(qū)一般應(yīng)不小于試樣計算長度的1.5倍。

7試驗

7.1試驗室溫度一般應(yīng)保持在1035℃之內(nèi);試驗室應(yīng)遠(yuǎn)離或隔離震源,室內(nèi)嚴(yán)防震動。

7.2試驗前應(yīng)對試樣表面及尺寸進(jìn)行檢查,試樣表面不應(yīng)有劃傷或缺陷。試樣的橫截面尺寸應(yīng)在計算長度內(nèi)的兩端及中部測量,在每處相互垂直方向上各側(cè)一次,以計算的zui小橫截面為準(zhǔn)。測量試樣截面尺寸的量具zui小分度值應(yīng)不大于0.01mm。

7.3計算長度等于或小于50mm的試樣,一般應(yīng)在兩端各固定一支熱電偶,計算長度大于50mm的試樣,應(yīng)在兩端及中部各固定一支熱電偶。對于缺口試樣,應(yīng)有一支熱電偶固定于缺口處。熱電源工作端應(yīng)緊貼試樣表面,并應(yīng)防止?fàn)t壁熱輻射。

7.4對于蠕變試驗,推薦使用雙面變形測量裝置,引伸計的結(jié)構(gòu)和裝卡應(yīng)能真實地反映試樣軸線方向的伸長,并應(yīng)避免變形讀數(shù)受室溫變化和氣流的影響。試驗前用適當(dāng)增量的力檢查引伸計裝卡質(zhì)量,必要時對引伸計進(jìn)行調(diào)整,使兩側(cè)變形讀數(shù)的平均值與任一側(cè)讀數(shù)之差除以平均值的百分比不大于15%。

7.5試樣在加熱爐內(nèi)不應(yīng)受到非軸向力的作用。

7.6升溫前,可對試樣施加初始力,此力值應(yīng)不大于總試驗力的10%,且應(yīng)力不超過10N/mm2。

7.7將試樣加熱至規(guī)定溫度的時間一般為2h~8h,溫度保持時間在1h~24h。在升溫及保溫期間,不應(yīng)超過規(guī)定溫度上限。對于升溫及保溫時間應(yīng)做記錄。

7.8達(dá)到保溫時間后,平穩(wěn)地施加試驗力。對于蠕變試驗,應(yīng)將砝碼分成適當(dāng)級數(shù),記錄施加每級力的變形值,在力一伸長曲線上求得彈性變形及超始塑性變形值,見圖7。

7.9建議對試驗溫度自動記錄,溫度測量間隔應(yīng)保證在整個試驗期間溫度符合6.6條要求。

7.10蠕變變形的記錄應(yīng)保證明確地繪出蠕變曲線。

7.11試驗中因故中途停試時,建議在試樣上保持試驗力。但應(yīng)避免由于低溫收縮而導(dǎo)致試樣上的力超過規(guī)定值。當(dāng)重新試驗時,達(dá)到規(guī)定溫度并保溫度并保溫后開始記錄。

7.12建議試驗累積時間用誤差不大于±0.2%的計時器自動記錄。

7.13達(dá)到規(guī)定時間時,對于不能采用分級加力記錄變形的蠕變試驗,卸除主試驗力后要繼續(xù)測量滯彈變形,直至基本回復(fù)為上,見圖8。

7.14試驗機應(yīng)定期按JJG276進(jìn)行檢定,檢定周期一般為一年,對于超過一年的長時間試驗,應(yīng)在試驗結(jié)束時檢定試驗機。

7.15蠕變極限的測定

   在四個以上適當(dāng)?shù)膽?yīng)力水平進(jìn)行等溫蠕變試驗,建議每個應(yīng)力水平做出三個數(shù)據(jù),在單對數(shù)或雙對數(shù)坐標(biāo)上用作圖法或zui小二乘法繪制出應(yīng)力-蠕變伸長率或應(yīng)力-穩(wěn)態(tài)蠕變速率關(guān)系曲線。用內(nèi)插法或外推法求出蠕變極限。

7.16持久強度極限的測定

  在五個以上適當(dāng)?shù)膽?yīng)力水平進(jìn)行等溫持久試驗,建議至少有三個應(yīng)力水平每組做出三個數(shù)據(jù),在單對數(shù)或雙對數(shù)坐標(biāo)上用作圖法或zui小二乘法繪制出應(yīng)力-斷裂時間曲線。用內(nèi)插法或外推法求出持久強度極限。

7.17蠕變或持久強度極限與溫度的關(guān)系至少用三個溫度確定。

7.18對只要求蠕變塑性伸長率的試驗,可用“標(biāo)記法"測定,但應(yīng)保證測量誤差在6.2條規(guī)定范圍內(nèi)。

8 試驗結(jié)果處理

8.1當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時,試驗結(jié)果無效,應(yīng)補做試驗。試驗結(jié)果滿足材料技術(shù)條件要求時除外。

8.1.1試樣斷在標(biāo)記上或計算長度之外。

8.1.2試樣斷口處有明顯缺陷。

8.1.3溫度超過規(guī)定范圍上限或試樣受力異常。

8.2持久斷后伸長率及斷面收縮率修約間隔為1%,修約方法按GB8170執(zhí)行。

8.3對所采用的外推方法應(yīng)詳細(xì)地說明,外推出的穩(wěn)態(tài)蠕變速率應(yīng)不小于zui低蠕變速率的十分之一;外推出的時間應(yīng)不大于zui長試驗時間的十倍。外推時,對于材料在溫度、應(yīng)力及時間作用下的組織變化應(yīng)予充分考慮。

9 試驗報告

   試驗報告應(yīng)包括如下內(nèi)容:

  • 本國家標(biāo)準(zhǔn)號;
  • 試驗材料牌號、爐批號及規(guī)格;
  • 試樣尺寸、形狀及編號;
  • 試驗溫度;
  • 試驗應(yīng)力;
  • 試驗結(jié)果;
  • 外推方法;
  • 試驗日期;
  • 試驗中異常情況。