注册

国家标准计划《金属材料 疲劳试验 应变控制拉-扭热机械疲劳试验方法》由 TC183(全国钢标准化技术委员会)归口上报,TC183SC4(全国钢标准化技术委员会力学及工艺试验方法分会)执行 ,主管部门为中国钢铁工业协会

主要起草单位 北京工业大学等

目录

基础信息

制修订
制订
项目周期
24个月
申报日期
2018-06-11
公示开始日期
2019-04-01
公示截止日期
2019-04-18
标准类别
方法
国际标准分类号
77.040.10
77 冶金
77.040 金属材料试验
77.040.10 金属材料机械试验
归口单位
全国钢标准化技术委员会
执行单位
全国钢标准化技术委员会力学及工艺试验方法分会
主管部门
中国钢铁工业协会

起草单位

目的意义

航空发动机、燃气涡轮机、高超音速临界空间飞行器、压力容器、核电站、发电厂及日常交通工具的关键零部件往往在严苛的高温热机械耦合加载环境下服役,而且这些设备在安全服役方面要求很高。

若发生由疲劳失效引发的事故,将会引起人身伤害事故和重大的经济损失。

在以上重大设备启动、停止及其他快速运行过程中,在高温变温下热端零件承受多轴复合循环载荷的交互作用,可称为多轴热机械疲劳。

由于使用常温或高温恒温下的疲劳强度理论对其进行强度设计不能满足航空发动机等零部件强度和寿命设计的要求,因此规范多轴热机械疲劳试验方法对强度理论的发展和实际结构设计能力的提高具有非常重要的理论和实际意义。

应变控制拉-扭热机械疲劳试验是验证多轴热机械强度理论的一种重要手段。

目前国内众多科研院所通过该试验对各种专用金属材料进行疲劳性能测试。

但在各种多轴热机试验中,由于没有相关标准来对试验方法、操作过程和数据处理等进行规范,导致试验方法混乱不统一、数据采集不规范、利用率低,造成疲劳性能测试结果可用性差,给实际结构设计人员带来很大的困惑。

因此,迫切需要制定相应的国家标准,规范和统一应变控制拉-扭热机械疲劳试验方法,以提高航空航天、军工设备和其他产品热端部件强度设计的可靠性。

范围和主要技术内容

技术领域范围: 《金属材料 疲劳试验 应变控制拉-扭热机械疲劳试验方法》属于机械强度与耐久性设计领域。其中,热机械加载是指材料经历温度和机械载荷同时变化的加载条件,而拉-扭加载是指机械轴向和剪切循环应力共同作用的加载条件。拉-扭热机械加载下的疲劳性能测试已经成为国内外机械耐久性设计和研究领域的测试技术。 主要技术内容: 本项目是制定国家标准《金属材料 疲劳试验 应变控制拉-扭热机械疲劳试验方法》,其主要内容如下: (1)术语定义规范化:对应变控制的拉-扭多轴热机械疲劳试验中出现的新术语及其定义、符号进行规定; (2)试验装置规定:对试验装置的指标要求、使用方法及校准维护进行规定; (3)试样推荐:推荐适用于应变控制的拉-扭多轴热机械疲劳试验的试样,并给出试样的设计方法、制备与贮存方法; (4)试验程序规范化:对试验程序进行规定,以期达到规范的试验条件。并推荐典型的加载方式、数据监控方式、失效判定和试验终止要求; (5)数据处理:对试验数据的记录和处理进行规定; (6)试验报告:对试验报告必需的内容进行规定; (7)附录:给出金属材料疲劳寿命预测和结构设计常用的数学方程(应变幅值-寿命关系曲线、应力-应变关系曲线)、变温条件下材料常数与温度关系的测定方法。

国内外简要情况说明

国内标准情况说明: 本标准主要用于金属材料拉-扭热机械加载下疲劳性能测试,能够为机械强度与耐久性设计提供基础数据、检验方法和优化依据。经过标准相关性查询,共发现6项国内相关标准。6项标准虽然涉及了疲劳试验方法,但主要针对轴向或扭向单轴疲劳试验,未对变温下轴向和扭向载荷同时作用的情况做出规定,与本标准的关联程度较低。具体分析如下: (1)GB/T 33812-2017《金属材料 疲劳试验 应变控制热机械疲劳试验方法》:该标准适用于测定1200℃以下的温度循环范围内轴向热机械加载下金属材料的疲劳性能参数,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关; (2)GJB 6213-2008《金属材料热机械疲劳试验方法》:该标准适用于金属材料轴向热机械疲劳试验,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关; (3)GB/T 15248-2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》:该标准适用于指导恒定温度、压力、湿度、介质等环境因素下的低周疲劳试验,不涉及变温情况,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关; (4)GB/T 26076-2010《金属薄板(带)轴向力控制疲劳试验方法》:该标准适用于室温下金属薄板(带)试样(没有引入应力集中)轴向力控制疲劳试验,且应力比为0-1,不涉及变温情况,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关; (5)GB/T 26077-2010《金属材料疲劳试验轴向应变控制方法》:该标准适用于恒温恒幅加载下应变控制且应变比为-1的轴向机械加载疲劳试验,不涉及变温情况,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关。 (6)GB/T 12443-2007《金属材料扭应力疲劳试验方法》:该标准适用于测定室温大气下公称直径为5.0mm-12.5mm圆形横截面金属光滑试样的扭应力疲劳性能参数,不涉及变温情况,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关。 国外标准情况说明: 对国际标准和国外先进标准进行了相关性查询,共发现6项相关标准。6项标准涉及疲劳试验方法,具体分析如下: (1)ISO 12111-2011《金属材料 疲劳试验 应变控制热机械疲劳试验方法》:该标准适用于金属材料应变控制轴向热机械疲劳试验,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关。 (2)ISO 1352-2011 《金属材料扭向控制疲劳试验方法》:该标准适用于室温下恒幅剪切疲劳试验,不涉及变温情况,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关。 (3)ASTM E2368-2010 《应变控制的热机械疲劳试验的标准实施规程》:该标准适用于金属材料应变控制轴向热机械疲劳试验,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关。 (4)ASTM E2207-2008 《应变控制下薄壁管试样的拉-扭疲劳试验方法》:该标准适用于室温及高温恒温下薄壁管试样的轴向、剪切、拉-扭比例和非比例的疲劳试验,不涉及变温情况,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关。 (5)ASTM STP 1280-1997 《多轴疲劳和变形技术》中的《一种拉-扭热机械疲劳试验技术》:该论文主要介绍一种拉-扭热机械疲劳试验技术,未对试验方法进行规范,不能起到标准的作用。 (6)ASTM STP 1191-1993《多轴疲劳的研究进展》中的《剪切热机加载:试验控制和变形行为》:该论文介绍了剪切热机加载试验,不涉及拉-扭热机械加载情况,与拟定标准无关。