金屬材料是具有光澤、延展性、容易導電、傳熱等性質的材料。一般分為黑色金屬和有色金屬兩種。黑色金屬包括鐵、鉻、錳等。其中鋼鐵是基本的結構材料,稱為「工業的骨骼」。由於科學技術的進步,各種新型化學材料和新型非金屬材料的廣泛應用,使鋼鐵的代用品不斷增多,對鋼鐵的需求量相對下降。但迄今為止,鋼鐵在工業原材料構成中的主導地位還是難以取代的。
許多機械零件和工程構件,是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下,雖然應力水平低於材料的屈服極限,但經過長時間的應力反覆循環作用以後,也會發生突然脆性斷裂,這種現象叫做金屬材料的疲勞。金屬疲勞試驗是指通過金屬材料實驗測定金屬材料的σ-1,繪製材料的S-N曲線,進而觀察疲勞破壞現象和斷口特徵,進而學會對稱循環下測定金屬材料疲勞極限的方法。實驗設備一般有疲勞試驗機等設備。
近期,中國科學院上海應用物理研究所主持制定的《金屬材料 蠕變-疲勞試驗方法》國家標準由國家標準化管理委員會正式向社會發布,標準號GB/T 38822-2020,實施日期2020年12月1日。金屬材料蠕變-疲勞試驗主要適用於核電、航空、造船等領域的構件設計、製造和安全校核。填補了我國金屬材料蠕變-疲勞試驗領域標準的空白。
《金屬材料 蠕變-疲勞試驗》標準主要用於規範測試金屬材料同時存在蠕變載荷和交變載荷條件下的試驗。這類試驗目前廣泛應用於發電、航運等領域,用於評價發動機、蒸汽輪機、壓力容器、主管道等重要構件的設計安全性以及壽命評估。
本項目是依據國家標準化管理委員會國標委綜合[2017] 128 號文「關於下達2017 年第四批國家標準制修訂計劃的通知」下達的項目計劃,項目編號為20173452-T-605,項目名稱為「金屬材料 蠕變-疲勞試驗方法」。本項目是制定項目。主要起草單位:中國科學院上海應用物理研究所、華東理工大學、中國科學院金屬研究所、上海海關、上海發電成套設備院、上海航空材料結構檢測股份有限公司、上海交通大學,計劃完成時間為 2019 年。
本標準適用於光滑試樣的蠕變-疲勞試驗,這些試驗主要針對於材料本身,不包括全尺寸構件的測試。本標準僅適用於恆定應變幅、恆定應力幅條件下的單軸試驗。特別強調本標準適用於光滑試樣的性能檢測,不適用於成品以及預先存在裂紋的試樣。本標準引用的 13 個國家標準、1 個計量技術規範以及 4 個國家計量檢定規程。涉及金屬材料疲勞、蠕變、拉伸、數值修約、檢測方法準確度、試驗機及引伸計檢定、熱電偶校準等。
名稱解析:金屬蠕變
金屬材料長期在不變的溫度和不變的應力作用下,發生緩慢的塑性變形的現象,稱為蠕變。它與塑性變形不同,塑性變形通常在應力超過彈性極限之後才出現,而蠕變只要應力的作用時間相當長,它在應力小於彈性極限施加的力時也能出現。對於一般金屬,蠕變現象只有在高溫條件下才明顯表現出來。但是,某些金屬,如鉛、錫及它們的合金,在常溫條件下,也能表現出蠕變現象。由這種變形而最後導致材料的斷裂稱為蠕變斷裂。金屬材料在蠕變過程中可發生不同形式的斷裂,按照斷裂時塑性變形量大小的順序,可將蠕變斷裂分為如下三個類型:沿晶蠕變斷裂、穿晶蠕變斷裂、延縮性斷裂。蠕變現象的產生,是由三個方面的因素構成:溫度、應力和時間。
名稱解析:金屬疲勞
是指材料、零構件在循環應力或循環應變作用下,在一處或幾處逐漸產生局部永久性累積損傷,經一定循環次數後產生裂紋或突然發生完全斷裂的過程。 當材料和結構受到多次重複變化的載荷作用後,應力值雖然始終沒有超過材料的強度極限,甚至比彈性極限還低的情況下就可能發生破壞,這種在交變載荷重複作用下材料和結構的破壞現象,就叫做金屬的疲勞破壞。應力幅值、平均應力大小和循環次數是影響金屬疲勞的三個主要因素。疲勞過程包括疲勞裂紋萌生、裂紋亞穩擴展及最後失穩擴展三個階段。
新聞來源:中國科學院上海應用物理研究所