鋁合金擠壓型材軸向力控制

1、鋁合金擠壓型材軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法（送審稿編制說明）主編單位：遼寧忠旺集團(tuán)有限公司2018.06.28一、工作簡況1立項(xiàng)目的承受動載荷的工程輕量化結(jié)構(gòu)特別是交通運(yùn)輸輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造要求鋁合金擠壓型材具有規(guī)定的材料疲勞性能。近年來，國內(nèi)外鋁合金擠壓型材作為輕量化結(jié)構(gòu)材料在工程結(jié)構(gòu)特別是交通運(yùn)輸制造業(yè)得到日益廣泛的應(yīng)用。（1）鋁合金型材在航空航天方面的應(yīng)用航空技術(shù)的進(jìn)步與航空材料科學(xué)的發(fā)展緊密地聯(lián)系在一起，相互制約，相互促進(jìn)。鋁合金在航空航天中的應(yīng)用開發(fā)可分為幾個(gè)階段：50年代主要目的是減重和提高合金比剛度、比強(qiáng)度；6070年代主要目的是提高合金耐久性和損傷容限，開發(fā)出7xxx系合金T73和

2、T76熱處理制度、7050合金和高純合金；80年代由于燃油價(jià)格上漲而要求進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)重量；90年代至今，鋁合金的發(fā)展目標(biāo)是進(jìn)一步減重，并進(jìn)一步提高合金的耐久性和損傷容限。近幾十年來，發(fā)展高強(qiáng)高韌耐蝕鋁合金新材料，以滿足航空和航天的需要，主要包括出2xxx系列和7xxx系列熔鑄鋁合金，以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的粉末冶金鋁合金、SF(Spray Forming)噴射成型鋁合金、鋁基復(fù)合材料、超塑性鋁合金等。在高強(qiáng)高韌鋁合金的發(fā)展中，目標(biāo)集中于追求材料的強(qiáng)度和解決由此而帶來的如何提高其抗應(yīng)力腐蝕性能、斷裂韌性和疲勞強(qiáng)度等問題。由此開發(fā)出了一系列新合金和新材料，使鋁合金及其加工工藝達(dá)到了一個(gè)新水平。在

3、航空運(yùn)輸日益發(fā)展的今天，人們對飛行已經(jīng)是非常的熟悉，可以說是多種出行方式中的一種。鋁材在航空工業(yè)領(lǐng)域一直是關(guān)鍵性的結(jié)構(gòu)材料，從資料上來看，目前世界上主要的民機(jī)，鋁材用量都在70%以上，所以新型飛機(jī)的研發(fā)將更需要優(yōu)質(zhì)的鋁材。我國“長征”系列運(yùn)載火箭和“神州”系列飛船推進(jìn)艙的燃料艙、載人艙、軌道艙以及天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室的資源艙和實(shí)驗(yàn)艙都需要大量的鋁材料。高強(qiáng)的鋁材料有非常好的性能指標(biāo)，其強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性、疲勞性能和可焊性等，各方面都很好。現(xiàn)如今，航空航天已展現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前景，高水平或超高水平的航空航天活動更加頻繁，其作用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域本身，對政治、經(jīng)濟(jì)、軍事以至人類社會生活都會產(chǎn)

4、生更廣泛和更深遠(yuǎn)的影響。應(yīng)該指出，航空航天事業(yè)所取得的巨大成就，與航空航天材料技術(shù)的發(fā)展和突破是分不開的。材料是現(xiàn)代高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)與先導(dǎo)，很大程度上是高新技術(shù)取得突破的前提條件。根據(jù)中國航空工業(yè)集團(tuán)公司預(yù)測，到2025年國內(nèi)航空運(yùn)輸飛機(jī)擁有量將達(dá)到3900架，其中大型客機(jī)將達(dá)2000架，這將使我國成為僅次于美國的全球第二大航空市場。隨著我國航空器制造進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)代，航空鋁材市場需求將迎來大幅擴(kuò)容。目前我國航空公司的飛機(jī)生產(chǎn)零件的材料多數(shù)依靠國外進(jìn)口，很大程度上是對本地鋁材料質(zhì)量的不信任，所以提高鋁材料的質(zhì)量也將是今年鋁產(chǎn)業(yè)的一大目標(biāo)，繼而實(shí)現(xiàn)鋁材全面國產(chǎn)化。在我國，大飛機(jī)的制造需求，正

5、在強(qiáng)勁拉動鋁合金材料尤其是航空鋁合金材料需求。C919大型客機(jī)已經(jīng)獲得國內(nèi)外20多家航空公司500多架的訂單，ARJ21-700也有200多架訂單。根據(jù)計(jì)劃，到2018年，ARJ21支線客機(jī)、C919大飛機(jī)所用30%以上的鋁合金材料將采用國產(chǎn)鋁材。而中國大飛機(jī)對鋁合金材料的需求增加了中國航空鋁合金研發(fā)和規(guī)?；a(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，航空航天用鋁型材正發(fā)展為大型化、整體化、薄壁扁寬化、尺寸高精化、形狀復(fù)雜化。航空航天用鋁型材在現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用廣泛，根據(jù)飛機(jī)不同的使用條件和部位，開發(fā)出具有不同特性的鋁合金型材，如高強(qiáng)鋁合金、耐熱鋁合金、耐蝕鋁合金等應(yīng)用在飛機(jī)的不同結(jié)構(gòu)中，如圖1所示。

6、高強(qiáng)鋁合金主要用于飛機(jī)機(jī)身部件、發(fā)動機(jī)艙、座椅、操縱系統(tǒng)等。耐熱鋁合金零件主要用于靠近電動機(jī)的機(jī)艙、空氣交換系統(tǒng)等。耐蝕鋁合金具有足夠高的性能指標(biāo)，其強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性、疲勞性能和可焊性都很好，更主要的是其具有耐蝕性，這樣就可用于水上飛機(jī)。鋁合金材料性能的不斷提高同樣要求鋁合金型材的檢驗(yàn)檢測手段的進(jìn)步，需要制定更多的標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，確保生產(chǎn)的航空航天用鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量。圖1 飛機(jī)用鋁合金結(jié)構(gòu)示意圖（2）鋁合金型材在軌道交通方面的應(yīng)用為適應(yīng)軌道交通的跨越式發(fā)展，機(jī)車車輛的安全性、舒適性及環(huán)境友好性和運(yùn)行速度必須滿足更高的要求。特別是高速列車對軸重要求比常規(guī)列車更嚴(yán)格，而且其本身還必須滿足高要求、承擔(dān)

7、大功率，因此要加裝常規(guī)列車沒有的一些設(shè)備（例如動車的流線型頭錐、外風(fēng)擋、門窗的氣密裝置、車輛的設(shè)備艙、電氣自動控制系統(tǒng)等），這樣又會增加列車的質(zhì)量。因此，輕量化是高速列車的關(guān)鍵，也是現(xiàn)代軌道交通的必由之路。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市及城市間的軌道交通也進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，也帶來了對軌道交通車輛需求的猛增。但同時(shí)能源緊張、環(huán)境惡化等問題的存在也對軌道交通車輛的發(fā)展提出了更高的要求。因此，車體輕量化對減少原材料消耗、降低驅(qū)動能耗、節(jié)約列車運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)省牽引動力、減輕車輛對線路的沖擊、提高列車啟動加速度和制動減速度、降低制動系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)有著重大意義。鋁作為一種輕質(zhì)金屬在軌道交通中扮演著重要角色。

8、鋁合金型材質(zhì)量輕，可以大大減輕車輛的自身重量。鋁合金具有優(yōu)良的耐火和耐電弧性。雖然鋁的熔點(diǎn)（660）大大低于鋼的熔點(diǎn)（1530），但車體的耐火耐電弧特性不僅和材料的熔點(diǎn)相關(guān)，還與材料的導(dǎo)熱性相關(guān)。鋁合金材料與鋼鐵相比具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性，其散熱性比鋼要好。鋁合金表面易形成一層致密的氧化膜，在大氣中具有很好的抗氧化能力。因此，鋁合金比鋼質(zhì)車體具有更好的耐腐蝕性能，特別是在車體不易涂覆的部分，如箱形結(jié)構(gòu)件及其一些內(nèi)部梁柱等，同時(shí)鋁合金表面可以化學(xué)著色、上漆、噴涂，通過這些方法大大提高了鋁合金構(gòu)件的耐蝕性，可使車體美觀，給人舒適的感覺。鋁合金的特點(diǎn)使得其在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。平均每輛動車組需使用

9、鋁合金9噸，每輛地鐵、輕軌、市域快軌需使用鋁合金6.5噸，每輛有軌電車需使用鋁合金4.5噸。預(yù)計(jì)“十三五”期間，中國軌道交通建設(shè)共需使用高端鋁型材50.4萬噸。并且隨著軌道交通領(lǐng)域的技術(shù)積累，車身輕量化用鋁是在未來國內(nèi)鋁型材市場潛力巨大。鋁合金車體如圖2所示，實(shí)現(xiàn)了軌道車輛的輕量、高速、降低能耗的目標(biāo)。隨著鋁合金在軌道交通方面的廣泛應(yīng)用，對鋁合金的性能要求越來越高，為保證生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的全鋁軌道車輛車身，對鋁合金型材的檢測越來越嚴(yán)格，所采用的檢測手段越來越先進(jìn)，這就需要我們制定一系列的標(biāo)準(zhǔn)來促進(jìn)工業(yè)的進(jìn)步。圖2 全鋁高鐵車廂（3）鋁合金型材在汽車方面的應(yīng)用為了應(yīng)對迫切的全球氣候變暖和能源危機(jī)，節(jié)能減

10、排已經(jīng)成為全球汽車企業(yè)的集體課題。輕量化已經(jīng)成為解決能源和氣候危機(jī)的短期可靠的途徑。汽車輕量化的發(fā)展主要有以下兩個(gè)方向：一是基于改善汽車燃油效率的輕量化。二是基于提升性能及安全性的輕量化，高性能車的普及帶來的車體相關(guān)部件的鋁合金化（車身板，框架，懸掛件等）。由此可以看出鋁合金材料在汽車上的應(yīng)用已成為汽車輕量化發(fā)展的一個(gè)極為重要的部分。汽車用鋁合金型材應(yīng)用有：保險(xiǎn)杠防撞梁、吸能盒、車門防撞梁、儀表盤支架、前圍、車架主梁、散熱器及其支架、油管、滑動軌元件、熱交換器的橡膠管接頭等截面一致且形狀復(fù)雜的構(gòu)件。現(xiàn)在汽車防撞梁一般使用鋼質(zhì)板件、鋼質(zhì)滾壓件以及鋁合金擠壓型材，由于鋁合金吸能效果好，廣泛應(yīng)用于合

11、資品牌車型的保險(xiǎn)杠防撞梁總成，國內(nèi)自主品牌車型局限于成本及其他原因，使用較少。根據(jù)研究表明：使用鋁質(zhì)防撞梁后較原鋼質(zhì)防撞梁質(zhì)量減輕了25%，具有較高的抗彎曲強(qiáng)度。在低速碰撞試驗(yàn)條件下，鋁合金前防撞梁較鋼質(zhì)件系統(tǒng)吸能效果提高45%。圖3為保險(xiǎn)杠防撞梁總成。圖3 鋁合金防撞梁使用鋁型材較多的車身結(jié)構(gòu)是，組合車架式結(jié)構(gòu)，如圖4所示。大量使用鋁合金的汽車，平均每輛汽車可降低質(zhì)量300kg（從1400kg降低到1100kg），壽命期內(nèi)排放量可降低20%。此外，輕量化還將在一定程度上提高車輛操控穩(wěn)定性和碰撞安全性。圖4 鋁合金車身對于電動車而言，其輕量化工作更為迫切。因?yàn)槟壳半妱悠嚨膭恿﹄姵氐膯挝槐饶芰?/p>

12、與傳統(tǒng)汽車使用液體燃料的單位比能量差異較大，電動汽車的動力系統(tǒng)（包括電池）的重量往往占整車重量30-40%，同時(shí)突破電池性能瓶頸是世界難題，因此不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在高性能電池技術(shù)沒有重大突破前，新能源汽車輕量化是提高續(xù)航能力的有效途徑。每減重一定質(zhì)量，續(xù)航能力得到不同程度的提高。新能源汽車用鋁材今后的發(fā)展將集中在兩方面。一是新工藝，改善現(xiàn)有加工技術(shù)，不斷改進(jìn)熔鑄工藝及熱處理工藝，進(jìn)一步完善鋁型材、鋁板材的加工、成形、鏈接工藝，提高車用鋁材的安全可靠性和實(shí)用性。二是新品種，目前已開發(fā)出了快速凝固鋁合金、粉末冶金鋁合金、超塑性鋁合金、纖維增強(qiáng)型鋁合金、泡沫鋁材等，另外高強(qiáng)度高韌性鑄造鋁合金、鋁基復(fù)

13、合材料等也在研究之中。因此改進(jìn)現(xiàn)在有鋁合金的成分和生產(chǎn)工藝，提高其各項(xiàng)性能與研發(fā)新的鋁合金是今后的主要研究方向。在航空航天、軌道交通、汽車這三方面應(yīng)用的鋁合金擠壓型材以及其他承受動態(tài)載荷的輕量化結(jié)構(gòu)和部件所使用的鋁合金擠壓型材材料疲勞性能均有標(biāo)準(zhǔn)要求，材料疲勞性能是工程輕量化結(jié)構(gòu)和部件的可靠性耐久性技術(shù)指標(biāo)之一。 2與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的比較鋁合金擠壓型材疲勞性能測試迫切需要制定國家標(biāo)準(zhǔn)鋁合金擠壓型材疲勞試驗(yàn)方法。以軌道車輛結(jié)構(gòu)鋁合金擠壓型材為例，中國長春客車、大連機(jī)車、唐山客車、青島四方機(jī)車、南京浦鎮(zhèn)和株州電力機(jī)車等，以及法國Alstom等，對高鐵、動車、輕軌和地鐵車輛結(jié)構(gòu)用鋁型材均有材料疲勞性能指標(biāo)

14、要求。GB/T 26494軌道列車車輛結(jié)構(gòu)用鋁合金擠壓型材以及國外同類標(biāo)準(zhǔn)均有關(guān)于疲勞性能的規(guī)定。在鋁型材制造商和用戶各自產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、測試和失效分析等過程中，需要進(jìn)行大量的疲勞試驗(yàn)工作，涉及鋁合金Al-Cu系、Al-Mg-Si系和Al-Zn系合金十余個(gè)牌號，鋁合金型材數(shù)百個(gè)斷面制品。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3075-2008（ISO1099:2006，MOD）金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法修改采用ISO 1099:2006金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法（英文版），并根據(jù)ISO1099:2006（E）起草，主要技術(shù)內(nèi)容與之相同，標(biāo)準(zhǔn)框架有較大修改。關(guān)于GB/T3075-2008（ISO1099

15、:2006，MOD）除了存在某些文本編譯語言體系差異性、技術(shù)差異性和可操作性差異性以外，主要問題是標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容缺少條件疲勞極限或疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命和疲勞性能曲線的測定，不能滿足鋁合金擠壓型材疲勞試驗(yàn)的基本要求。編制國家標(biāo)準(zhǔn)鋁合金擠壓型材軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法立項(xiàng)目的是使鋁型材疲勞試驗(yàn)統(tǒng)一試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，提供試驗(yàn)依據(jù)，保證試驗(yàn)質(zhì)量，使鋁型材疲勞性能表征和試驗(yàn)結(jié)果具有準(zhǔn)確性、規(guī)范性、可比性、重復(fù)性和再現(xiàn)性，以適應(yīng)產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、測試和失效分析等對鋁合金擠壓型材疲勞性能試驗(yàn)的需求。3任務(wù)來源為提升我國鋁及鋁合金擠壓制品的檢驗(yàn)水平，滿足國內(nèi)外市場的需要，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會以國標(biāo)委綜合2017128號及全

16、國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會以有色標(biāo)委會20182號文件下達(dá)了鋁合金擠壓型材軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)的起草任務(wù)，起草計(jì)劃項(xiàng)目代號為：20173781-T-610，計(jì)劃完成年限為2018年。4標(biāo)準(zhǔn)編制單位簡況4.1主編單位簡介遼寧忠旺集團(tuán)有限公司是我國主要的工業(yè)鋁型材研發(fā)制造商，是我國鋁及鋁合金擠壓產(chǎn)品的主要加工企業(yè)之一。主要產(chǎn)品有軌道車輛、汽車、船舶、航空、機(jī)械裝備、電力工程等各類工業(yè)型材和深加工產(chǎn)品，工業(yè)型材年產(chǎn)量70萬噸左右。研發(fā)中心和技術(shù)中心為國家級企業(yè)技術(shù)中心，檢測中心為國家CNAS認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室。疲勞試驗(yàn)室具有從事疲勞試驗(yàn)研究多年的專業(yè)技術(shù)人員，試驗(yàn)設(shè)備有：日本島津100kN電液伺服

17、疲勞試驗(yàn)機(jī)和德國Zweick 100kN電磁共振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，以及斷口分析日本島津SS-550掃描電鏡。自2008年開展鋁型材材料疲勞試驗(yàn)及疲勞試驗(yàn)技術(shù)研究，同時(shí)開展鋁型材工程結(jié)構(gòu)材料疲勞斷裂失效分析與可靠性技術(shù)研究，2009年制定和實(shí)施企業(yè)檢測中心標(biāo)準(zhǔn)鋁型材軸向力控制疲勞試驗(yàn)方法，用于國內(nèi)外用戶產(chǎn)品檢驗(yàn)和試驗(yàn)，測定6005A、6082、6N01和7N01等鋁型材及焊接件的疲勞性能，積累了一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，這些成為標(biāo)準(zhǔn)起草單位的技術(shù)基礎(chǔ)。4.2成員單位簡介5主要工作過程和工作內(nèi)容5.1 任務(wù)落實(shí)會2015年6月17-18日，在遼寧省遼陽市召開了標(biāo)準(zhǔn)討論會，成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組，成員主要

18、包括遼寧忠旺集團(tuán)有限公司、北京有色金屬研究院、中航工業(yè)北京航空材料研究院、廣東省工業(yè)分析檢測中心、中航工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司、西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、東北輕合金有限公司、中車唐山機(jī)車車輛有限公司、中車株洲電力機(jī)車有限公司等單位，對國內(nèi)鋁合金材料的軸向力控制疲勞試驗(yàn)的設(shè)備、試樣、方法、數(shù)據(jù)處理等方面進(jìn)行了討論，并確定了標(biāo)準(zhǔn)草案的主體內(nèi)容。5.2 第二次工作會議2016年4月6-8日，在蘇州召開了標(biāo)準(zhǔn)討論會，會議制定了標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案，落實(shí)了編制組各成員單位的試驗(yàn)任務(wù)，具體如表1所示。表1 試驗(yàn)任務(wù)分配情況試驗(yàn)?zāi)康娜蝿?wù)分配完成單位采用升降法和成組

19、法測定試樣的中值疲勞強(qiáng)度和S-N曲線，然后對多個(gè)單位的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和精密度分析，分析試驗(yàn)方法的適用性。試樣制備遼寧忠旺集團(tuán)有限公司疲勞試驗(yàn)北京有色金屬研究院廣州有色金屬研究院西南鋁業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司東北輕合金有限責(zé)任公司廣東高登鋁業(yè)有限公司山東南山鋁業(yè)有限公司山東兗礦輕合金有限公司數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析遼寧忠旺集團(tuán)有限公司5.3 試驗(yàn)報(bào)告及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理2016年4月-7月，由遼寧忠旺集團(tuán)有限公司制備疲勞試樣，并發(fā)送給北京有色院、廣州有色院、西南鋁、東輕、高登、南山、兗礦7家單位進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。6月份，北京有色院、廣州有色院、西南鋁、東輕、高登、南山6家單位返回疲勞數(shù)據(jù)。6月-7月份由遼寧忠旺對各單

20、位反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。5.4 第三次工作會議2016年7月4-6日，在遼陽召開第三次工作會議，會議對本標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)驗(yàn)證情況及標(biāo)準(zhǔn)文本進(jìn)行了討論，并要求編制組根據(jù)征求意見稿回函意見和試驗(yàn)驗(yàn)證情況，填寫征求意見表。5.5 第四次工作會議2018年3月13-14日在云南省昆明市召開先進(jìn)有色金屬結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究課題工作會議，會上對主編單位提出的預(yù)審稿進(jìn)行了討論，編制組根據(jù)預(yù)審會的意見和要求對預(yù)審稿進(jìn)行了修改，并根據(jù)討論會精神形成送審稿及編制說明。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)（一）標(biāo)準(zhǔn)編制原則根據(jù)鋁合金材料的特點(diǎn)和鋁型材疲勞試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，以及國內(nèi)幾十年來材料疲勞試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展過程和疲勞

21、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)版本制定、修訂情況，鑒于GB/T3075-2008（ISO1099:2006，MOD）金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法標(biāo)準(zhǔn)缺少主要試驗(yàn)方法內(nèi)容，存在技術(shù)差異性和可操作性差異性，以及GB/T24176-2009/ISO12107:2003,IDT金屬材料疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方案與分析方法標(biāo)準(zhǔn)在主要內(nèi)容上存在的文字編譯錯誤、技術(shù)差異性和不可操作性，本標(biāo)準(zhǔn)編制彌補(bǔ)了以上兩項(xiàng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的不足。（二）確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍：環(huán)境需在室溫下，室溫溫度范圍在1035；試驗(yàn)材料為鋁合金擠壓型材，同時(shí)也適用于其他鋁加工材料；試驗(yàn)的控制方法為恒幅軸向力控制，試樣所受力一般為正弦波，也可以采用

22、其他波形如梯形波、三角波和方波等，載荷類型分為拉拉、拉壓、壓壓；本標(biāo)準(zhǔn)適用于測定中等壽命區(qū)（大致在104106循環(huán)數(shù)范圍內(nèi)）規(guī)定應(yīng)力水平下的中值疲勞壽命和規(guī)定存活率下的安全疲勞壽命，測定長壽命區(qū)（大致在106循環(huán)數(shù)以上）規(guī)定循環(huán)基數(shù)下的中值疲勞強(qiáng)度或疲勞極限和規(guī)定存活率下的安全疲勞強(qiáng)度，測定中值S-N曲線和規(guī)定存活率下的P-S-N曲線以及測定Goodman曲線。由于本標(biāo)準(zhǔn)給出光滑試樣（應(yīng)力集中系數(shù)Kt=1）形狀和尺寸，未包含缺口試樣，但缺口試樣（應(yīng)力集中系數(shù)Kt1）的疲勞試驗(yàn)可參照本標(biāo)準(zhǔn)。為了明確本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，在“范圍”中加入注釋“本標(biāo)準(zhǔn)未包含缺口試樣的形狀、尺寸和制備，但是，本標(biāo)準(zhǔn)中方法

23、驗(yàn)證、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)結(jié)果、數(shù)值修約及附錄內(nèi)容可用于缺口試樣的疲勞試驗(yàn)?！?規(guī)范性引用文件為規(guī)范疲勞試驗(yàn)機(jī)的使用要求，引用了JJG556-2011軸向加荷疲勞試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程，本標(biāo)準(zhǔn)涉及到疲勞試驗(yàn)過程中的術(shù)語，引用了GB/T 10623金屬材料 力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語。3術(shù)語和定義 根據(jù)第三次工作會議及各參編單位反饋的征求意見表，需增加術(shù)語和定義，保證讀者能夠清晰的了解本標(biāo)準(zhǔn)涉及的術(shù)語及符號的定義，以便其更能理解本標(biāo)準(zhǔn)。由于本標(biāo)準(zhǔn)中涉及的最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、平均應(yīng)力、應(yīng)力范圍、應(yīng)力比、理論應(yīng)力集中系數(shù)、S-N曲線等術(shù)語在GB/T 10623金屬材料 力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語中有相關(guān)定義，因此在本標(biāo)準(zhǔn)中

24、沒有寫出來，而是直接引用GB/T 10623標(biāo)準(zhǔn)。但應(yīng)力水平、存活率、疲勞壽命、中值疲勞壽命、中值對數(shù)疲勞壽命、P存活率的對數(shù)疲勞壽命、疲勞強(qiáng)度、P存活率的疲勞強(qiáng)度、中值疲勞強(qiáng)度、疲勞極限、中值S-N曲線、P-S-N曲線和Goodman曲線的定義并沒有，因此在標(biāo)準(zhǔn)中將其定義及符號寫出。4方法概述本方法是采用一定數(shù)量的試樣，沿試樣縱向施加恒幅交變載荷(見圖5)，其載荷類型見圖6。在規(guī)定應(yīng)力水平條件下，測定材料的疲勞壽命；在規(guī)定循環(huán)次數(shù)條件下，測定材料的疲勞強(qiáng)度。根據(jù)第三次工作會議以及各公司反饋的征求意見表中提出兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，將載荷類型換成正弦波形勢；第二點(diǎn)，需增加載荷類型的，明確在試驗(yàn)過程中試驗(yàn)

25、載荷類型。因此改完后的圖片見圖5。圖5疲勞試驗(yàn)示意圖說明：1上夾具；2試樣；3下夾具。圖6 循環(huán)應(yīng)力類型5試驗(yàn)設(shè)備金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法屬于“高周疲勞”或稱“應(yīng)力疲勞”范疇，且規(guī)定疲勞壽命比較長（例如N01×107、N02×107、N01×108），在整個(gè)試驗(yàn)過程中以彈性應(yīng)變分量為主，試驗(yàn)頻率較高而試驗(yàn)周期較短。例如，某鋁型材疲勞試驗(yàn)，N01×107，高頻機(jī)頻率f=65Hz和f=95Hz，分別需要約43小時(shí)（約1.8天）和30小時(shí)（約1.25天）；低頻機(jī)頻率f=20Hz，需要139小時(shí)（約6天）。因此，標(biāo)準(zhǔn)推薦采用電磁共振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)、電液伺

26、服式疲勞試驗(yàn)機(jī)或其他形式軸向疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)， 試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)力、動態(tài)力以及受力同軸度均按JJG556-2011檢定。靜態(tài)力示值相對誤差應(yīng)不大于±1.0%。循環(huán)力范圍和循環(huán)力峰值的示值相對誤差：電磁共振型疲勞試驗(yàn)機(jī)和其他形式軸向疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)不大于±3%，電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)應(yīng)不大于±2%。受力同軸度即最大彎曲應(yīng)變百分比應(yīng)不大于10%。6試樣 試樣的類型、名稱和規(guī)格關(guān)于試樣的類型和名稱，按照試樣工作部分橫截面形狀分為圓形橫截面試樣和矩形橫截面試樣，簡稱為“圓形試樣”和“矩形試樣”；按照工作部分橫截面的面積變化分為單一最小截面試樣和等同截面試樣，簡稱為“單截面試樣”和“等

27、截面試樣”。對于圓形試樣，按夾持方式不同又分為夾持端螺紋試樣和夾持端圓棒試樣，簡稱為“螺紋試樣”和“圓棒試樣”。本標(biāo)準(zhǔn)給出的試樣均為光滑試樣，即應(yīng)力集中系數(shù)Kt=1。試樣規(guī)格的制定，結(jié)合HB5287 金屬材料軸向加載疲勞試驗(yàn)方法中對標(biāo)準(zhǔn)試樣的規(guī)定，以及表2、表3所示的企業(yè)單位標(biāo)準(zhǔn)試樣的使用情況，按照試樣工作部分直徑或?qū)挾群妥钚≈睆交驅(qū)挾葋泶_定標(biāo)準(zhǔn)疲勞試樣不同類型的規(guī)格。表2 各企業(yè)用圓形試樣尺寸匯總表標(biāo)準(zhǔn)試樣類型試樣類型型材厚度a試樣夾持部分直徑或螺紋規(guī)格D(M)試樣最小直徑d試樣過渡圓弧半徑R夾持部分長度L1試樣工作部分的平行長度LC試樣總長L數(shù)據(jù)反饋公司圓形單截面試樣螺紋試樣15.00M1

28、4×1.005.00±0.0250.00±1.0020.00/150.00廣東高登/M14×1-6g5.00±0.0250.0014.00/70.00東北輕合金15.00<a25.00M14×1.005.00±0.0350.00±1.0025±1.00/94±2.00廣東檢測25.00M22×1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.00/102±2.00廣東檢測圓柱試樣>20.0018.00±0.507.0

29、0±0.2572.0035.00/130.00山東兗礦15.0012.00±1.005.00±0.0250.00±1.0020.00/150.00廣東高登15.00<a25.0016.00±1.005.00±0.0350.00±1.0025±1.00/95±2.00廣東檢測25.0020.00±1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.00/100±2.00廣東檢測圓形等截面試樣螺紋試樣25.00M22×1.0010.00&

30、#177;0.0560.00±1.00/35.00150.00廣東高登/M22×1-6g7.00±0.0236.00+15.0018.0024.00110.00東北輕合金/M27×1-6g10.00±0.0250.00+15.0027.0038.00150.00東北輕合金/M27×1-6g10.00±0.0250.0048.0038.00190.00東北輕合金15.00<a25.00M14×1.005.00±0.0320.00±1.0025±1.0050±1.00180

31、±2.00廣東檢測25.00M22×1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.0050±1.00180±2.00廣東檢測圓柱試樣>20.0018.00±0.507.00±0.2572.0035.0022.00152.20山東兗礦/12.005.00±0.0240.0046.0015.00140.00山東南山/14.006.00±0.0250.0046.0017.00149.00山東南山/18.008.00±0.0364.0053.0024.00180.0

32、0山東南山/28.0012.70±0.05101.0067.0025.40238.00山東南山25.0020.00±1.0010.00±0.0560.00±1.00/35.00150.00廣東高登12.005.00±0.0240.0046.0015.00140.0012.00廣東堅(jiān)美14.006.00±0.0250.0046.0017.00149.0014.00廣東堅(jiān)美18.008.00±0.0364.0053.0024.0018018.00廣東堅(jiān)美/D22.007.00±0.0236.00+15.0018.002

33、4.00110.00東北輕合金/D22.9012.70±0.0276.2071.0050.08250.00東北輕合金15.00<a25.0016.00±1.005.00±0.0320.00±1.0025±1.0050±1.00180±2.00廣東檢測25.0020.00±1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.0050±1.00180±2.00廣東檢測注：試樣有兩處圓弧過渡表3 各企業(yè)用矩形試樣尺寸匯總表標(biāo)準(zhǔn)試樣類型型材厚度a試樣夾持部分寬度

34、B試樣橫截面寬度b試樣過渡圓弧半徑R夾持部分長度L1試樣工作部分的平行長度LC試樣總長L數(shù)據(jù)反饋公司矩形單截面試樣5.0040.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.00/206.00山東兗礦4.20a12.5052.0025.00±0.1020047.00/240.00山東南山10.0040.00±1.0015.00±0.05120±1.0050.00/150.00廣東高登15.0040.00±1.0015.00±0.05120±1.0025±1.00/100

35、77;2.00廣東檢測矩形等截面試樣15.0050.0020.00160.00/50300.00青島四方10.0025.0010.0080.00/25170.00青島四方5.00<a20.0050.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.0010200.00山東兗礦50.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.0030240.00山東兗礦50.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.0050280.00山東兗礦/26.0010.00±0.05

36、90.0040.0026.00/山東南山3.00a9.0038.0018.00±0.05144.0032.0036.00/山東南山2.00a6.0026.0012.00±0.0596.0034.0024.00165.00山東南山10.0040.00±1.0015.00±0.0550±1.00/50150.00廣東高登/26.0010.00±0.0590.0040.0026.00/廣東堅(jiān)美3.00a9.0038.0018.00±0.05144.0032.0036.00/廣東堅(jiān)美2.00a6.0026.0012.00±

37、0.0596.0034.0024.00165.00廣東堅(jiān)美/50±0.0520.00±0.0512.0056.90550280.00東北輕合金<10.0040.00±1.0015.00±0.0560±1.0025±1.0050±1.00120±2.00廣東檢測通過結(jié)合各參編單位的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解了幾家同行業(yè)在做疲勞試驗(yàn)時(shí)其試樣尺寸不盡相同，因此為了規(guī)范疲勞試驗(yàn)的再現(xiàn)性以及一致性，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試樣的尺寸，如表4、表5所示。表4 圓形試樣尺寸及偏差標(biāo)準(zhǔn)試樣類型型材厚度試樣類型dRLcD(M)圓形單截面試樣15.00

38、25.00螺紋試樣5.00±0.0250.00±1.00/M14×1圓柱試樣/12.00±1.00>25.00螺紋試樣10.00±0.0280.00±1.00/M22×1圓柱試樣/20.00±1.00圓形等截面試樣25.00螺紋試樣10.00±0.0560.00±1.0035M22×1圓柱試樣20.00±1.00表5 矩形試樣尺寸及偏差標(biāo)準(zhǔn)試樣類型型材厚度（a）bRLcB矩形單截面試樣15.0015.00±0.05120.00±1.00/40.00&

39、#177;1.00矩形等截面試樣15.0015.00±0.0550.00±1.0050.00±1.0040.00±1.00試樣形狀和尺寸公差、表面粗糙度a.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試樣工作部分及過渡部分的形狀、尺寸及公差和表面粗糙度，以及等截面試樣平行部分的最小尺寸。b.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了矩形試樣夾持部分寬度、圓形試樣夾持端圓棒或螺紋規(guī)格，以及相應(yīng)的對稱度、同軸度和垂直度允許偏差。試樣夾持部分的尺寸公差、表面粗糙度、圓形試樣夾持端螺紋精度等級和中心孔等未進(jìn)行具體規(guī)定。c.應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)機(jī)夾持機(jī)構(gòu)和試驗(yàn)材料具體情況，以及用戶的要求選擇試樣類型。試樣制備a.一般要求除了對試樣取樣、編

40、號、尺寸、形位偏差和表面粗糙度等一般應(yīng)符合試樣圖紙的要求以外，還重點(diǎn)要求是：圓弧與平行長度連接應(yīng)光滑；單截面試樣尺寸和形狀偏差測量應(yīng)使用工具顯微鏡；線切割加工試樣應(yīng)留有去除電火花加工硬化層的加工余量；銑削或車削加工應(yīng)逐次減少切削量，以減少加工硬化和防止過熱；拋光應(yīng)沿著試樣縱向，壓向試樣表面的力盡可能小，以降低表面殘余應(yīng)力的影響；矩形試樣棱邊應(yīng)去除毛刺和倒圓，倒圓半徑0.10.2mm，倒圓表面粗糙度應(yīng)不低于對試樣加工表面的粗糙度要求；試樣表面不應(yīng)有劃痕、碰傷和腐蝕等損傷或缺陷。b.加工方法疲勞試樣加工方法及參數(shù)見表6，相關(guān)信息資料見表7和表8。圓形試樣車削加工：粗車+精車+拋光。規(guī)定精車削加工切

41、削量應(yīng)逐次減少，建議了加工余量、切削量（切削深度）以及進(jìn)給量和試樣加工表面的拋光方法。矩形試樣銑削加工：粗銑+精銑+拋光。規(guī)定精銑削加工切削量應(yīng)逐次減少，建議了加工余量、切削量（切削深度），以及試樣加工表面拋光的要求。表6 試樣加工方法和工藝參數(shù)試樣類型加工方法和工藝參數(shù)圓形試樣粗車加工余量,mm0.50切削深度,mm1.25、0.75、0.25進(jìn)給量f，mm/r-切削速度v，m/min-精車加工余量,mm0.02切削深度ap,mm0.12、0.07、0.05進(jìn)給量f，mm/r0.08切削速度v，m/min-拋光表面粗糙度，Ra,um0.32最后拋光砂紙型號-矩形試樣粗銑加工余量,mm2.00

42、精銑加工余量,mm0.20切削深度ap,mm0.50、0.20、0.10進(jìn)給量f，mm/r-主軸轉(zhuǎn)速r/min-拋光表面粗糙度0.32最后拋光砂紙型號-表7 鋁型材試樣切削加工各級表面粗糙度的表面特征及加工方法表面粗糙度表面外觀特征加工方法Ra，um（舊標(biāo)準(zhǔn)）名稱12.5（4）半光面可見加工痕跡粗車、粗銑6.3（5）微見加工痕跡半精車、半精銑3.2（6）看不見加工痕跡半精車、半精銑1.6（7）光面可辯加工痕跡方向精車、精銑0.8（8）微辯加工痕跡方向精車、精銑0.4（9）不可辯加工痕跡方向精密車、精密銑、拋光0.2（10）最光面暗光澤面拋光0.1（11）亮光澤面表8 幾種加工方法的加工硬化程度

43、及硬化層深度加工方法加工硬化程度N,%硬化層深度h, um平均值最大值平均值最大值普通車、高速車1201502003050200精車1401802202060-端銑14016022040100200圓周銑1201402004080110研磨膏研磨112117-37-注：表中加工硬化程度N（%）是已加工表面顯微硬度H的增加值（H-H0）對原始顯微硬度H0比值的百分?jǐn)?shù)。鋁合金加工硬化程度N（%）比鋼小75%左右。加工表面硬化和殘余應(yīng)力的影響因素：刀具（前角、刀刃鈍圓半徑和刀具后刀面磨損量）、工件材料和切削條件（切削深度、進(jìn)給量、切削速度和切削液）。7試驗(yàn)程序關(guān)于試驗(yàn)程序有以下6項(xiàng)一般性規(guī)定：試驗(yàn)在

44、室溫下進(jìn)行，通常應(yīng)為1035。試驗(yàn)前應(yīng)對試樣進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，清潔試樣表面時(shí)不得造成試樣損傷。用光學(xué)儀器檢驗(yàn)試樣工作表面，不允許有劃痕、磕碰和腐蝕等缺陷。采用工具顯微鏡或投影儀測量單截面試樣工作部分最小橫截面的寬度或直徑，測量精度應(yīng)不低于0.01mm。將試樣裝夾在適當(dāng)?shù)膴A具上，并保證同軸度，不得超載。載荷波形為正弦波，通常試驗(yàn)頻率不大于200Hz。記錄試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)過程中的異常情況。8試驗(yàn)結(jié)果通過性試驗(yàn)在規(guī)定應(yīng)力水平和循環(huán)次數(shù)的條件下，以3根試樣進(jìn)行檢驗(yàn)性試驗(yàn)，這一檢驗(yàn)性試驗(yàn)方法已為國內(nèi)外客戶及雙方認(rèn)可和采用，適用于產(chǎn)品試制、首批檢驗(yàn)和批量生產(chǎn)抽樣檢驗(yàn)等。檢驗(yàn)性試驗(yàn)，亦稱“通過性試驗(yàn)”，通常取3根

45、試樣，在規(guī)定應(yīng)力水平條件下進(jìn)行試驗(yàn)，如果在規(guī)定循環(huán)次數(shù)條件（例如：N1×107）試樣未發(fā)生斷裂，則認(rèn)為檢驗(yàn)合格，反之則不合格。若技術(shù)協(xié)議另有規(guī)定，可按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。在國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于規(guī)定“三根試樣檢驗(yàn)試驗(yàn)通過”內(nèi)容的疲勞試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，例如：國內(nèi)航標(biāo)HB5152、HB5153，日本JIS Z 2273(6.13)等。成組試驗(yàn)法成組試驗(yàn)法是某一指定應(yīng)力水平下根據(jù)一組試樣的試驗(yàn)結(jié)果（至斷裂的循環(huán)次數(shù)或疲勞壽命），測定中值疲勞壽命和規(guī)定存活率下的疲勞壽命。成組試驗(yàn)法適用于中等壽命區(qū)，即在同一應(yīng)力水平下，測得的一組試樣疲勞壽命大致在106循環(huán)次數(shù)范圍內(nèi)。利用成組試驗(yàn)法測定中值疲勞壽命時(shí)，

46、每組有效試樣數(shù)不得少于三個(gè)。處理數(shù)據(jù)時(shí)，預(yù)先將各個(gè)疲勞壽命觀測值均取成對數(shù)，然后計(jì)算對數(shù)壽命的子樣平均值和子樣標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)給定置信度時(shí)，應(yīng)根據(jù)子樣變異系數(shù)查表得所需最少觀測值個(gè)數(shù)（或有效試樣件數(shù)）。利用對數(shù)壽命子樣平均值和子樣標(biāo)準(zhǔn)差，采用解析法估計(jì)規(guī)定存活率下的安全疲勞壽命。在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，假定中等壽命區(qū)的疲勞壽命遵循正態(tài)分布。在疲勞性能測試中，通常把疲勞壽命劃分為三個(gè)區(qū)限，短壽命區(qū)：在大應(yīng)變循環(huán)下，疲勞壽命大致在104循環(huán)數(shù)以內(nèi)；中等壽命區(qū)：承受中等應(yīng)力水平，疲勞壽命大致在104106循環(huán)數(shù)范；長壽命區(qū)：施加的應(yīng)力水平較低，疲勞壽命大致在106循環(huán)數(shù)以上，以至達(dá)到107或108甚至109循環(huán)

47、次數(shù)。成組試驗(yàn)法示例：試驗(yàn)單位為北京有色金屬研究院；試驗(yàn)材料及試樣為6005A-T6鋁型材，縱向取樣，壁厚4.2mm。試樣采用寬度15mm的矩形單截面疲勞試樣，應(yīng)力集中系數(shù)Kt=1，試樣厚度為型材壁厚；試驗(yàn)條件為德國Zwick 100kN高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，軸向加載，應(yīng)力比R=0.1，加載頻率f=95Hz，室溫空氣環(huán)境。成組法為4級應(yīng)力水平，疲勞壽命范圍為1052.56×106。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理結(jié)果，見表9-1和表9-2。表9-1 成組法試驗(yàn)數(shù)據(jù)最大應(yīng)力，MPa疲勞壽命N，千周260143 134 144 116220472 234 455 249200282 533 397 391

48、1802560 777 1100表9-2 成組試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果（置信度=95%），MPan s26045.12630.043570.00855.040911022045.52430.164050.02975.20281602004 5.59200.112980.02025.37062351803 6.11340.266300.04365.5914390表8-2中，根據(jù)變異系數(shù)檢驗(yàn)有效試樣個(gè)數(shù)滿足置信度=95%的要求。查表得。存活率P=97.5%的對數(shù)疲勞壽命，存活率P=97.5%的疲勞壽命。升降法試驗(yàn)a. 升降法試驗(yàn)原理和方法升降法試驗(yàn)是在規(guī)定循環(huán)次數(shù)下（或稱為循環(huán)基數(shù)）（例如：N=1

49、5;107）測定中值疲勞強(qiáng)度或規(guī)定存活率的疲勞強(qiáng)度。本方法適用于長壽命區(qū)。在對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，假定疲勞強(qiáng)度遵循正態(tài)分布。升降試驗(yàn)法的原理是：每個(gè)應(yīng)力水平使用一件試樣進(jìn)行試驗(yàn)稱之為單點(diǎn)法試驗(yàn)。當(dāng)進(jìn)行單點(diǎn)法試驗(yàn)時(shí)，在逐漸降低應(yīng)力水平過程中，如某一試樣在第i級應(yīng)力的作用下未達(dá)到指定壽命發(fā)生破壞，而依次試驗(yàn)的另一試樣在較低的第i+1級應(yīng)力作用下“越出”（達(dá)到指定壽命未破壞），則對應(yīng)指定壽命的疲勞強(qiáng)度極大似然估計(jì)量為。將和視為出現(xiàn)相反試驗(yàn)結(jié)果(破壞和越出)的一對數(shù)據(jù)。當(dāng)重復(fù)以上試驗(yàn)時(shí)，則成對數(shù)據(jù)將會隨機(jī)出現(xiàn)，從而取得對應(yīng)同一指定壽命的不同值。以此為依據(jù)，將對于應(yīng)力作為隨機(jī)變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。進(jìn)行升

50、降法試驗(yàn)時(shí)，第一個(gè)試樣的試驗(yàn)應(yīng)力水平應(yīng)略高于預(yù)計(jì)疲勞極限，隨后試樣的試驗(yàn)應(yīng)力水平取決于前一試樣的試驗(yàn)結(jié)果。凡前一試樣未達(dá)到指定壽命發(fā)生破壞，則隨后的一次試驗(yàn)將在低一級的應(yīng)力水平下進(jìn)行；凡前一根試樣達(dá)到指定壽命未破壞，則隨后的一次試驗(yàn)就在高一級應(yīng)力水平下進(jìn)行，直至完成全部試驗(yàn)為止。對第一次出現(xiàn)相反結(jié)果以前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在后續(xù)的試驗(yàn)中可以利用。選擇相鄰兩級應(yīng)力水平的應(yīng)力增量是升降法試驗(yàn)中一個(gè)重要程序。合適的應(yīng)力增量應(yīng)為估計(jì)疲勞極限值的（35）%，并使得應(yīng)力升降級數(shù)為35級，有效試樣件數(shù)15件左右（實(shí)際需要的試樣數(shù)量取決于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散程度和計(jì)算變異系數(shù)并查表所得到的滿足置信度要求的最少觀測值個(gè)數(shù)）。根

51、據(jù)試驗(yàn)過程及試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制應(yīng)力升降圖。升降法是國內(nèi)外通用的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。例如：GB/T24176-2009/ISO 12107：2003（7.1）、GJB/Z18-91（5.5.4.3）、HB/Z112-86（3）、HB5287-96(7.1)等。b.中值疲勞強(qiáng)度或疲勞極限的測定如果試驗(yàn)的目的只需要求出中值疲勞強(qiáng)度或疲勞極限，按下式計(jì)算：式中：n為有效試驗(yàn)總次數(shù)；m為升降應(yīng)力水平級數(shù)；為第i級應(yīng)力水平；為第i級應(yīng)力水平下的試驗(yàn)次數(shù)。如果試驗(yàn)需要求出中值疲勞強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)而確定置信度，則應(yīng)將相鄰應(yīng)力水平的各數(shù)據(jù)點(diǎn)按一個(gè)“破壞”和一個(gè)“越出”配成一對，如果升降圖是封閉的，則所有試驗(yàn)點(diǎn)都能配成對子，

52、這時(shí)中值疲勞強(qiáng)度的估計(jì)量按下式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與不配對計(jì)算的結(jié)果相同：式中：為配成對子的總數(shù)，即升降法試樣的一半；為配成對子的級數(shù)，即升降法級數(shù)減1，即 ；為配成對子的應(yīng)力水平；為相鄰兩級配成的對子數(shù)。中值疲勞強(qiáng)度或疲勞極限的子樣標(biāo)準(zhǔn)差按下式計(jì)算：當(dāng)給定置信度（=95%或90%）時(shí)，根據(jù)子樣變異系數(shù)和給定的置信度，可由標(biāo)準(zhǔn)附錄D中表D1.1和表D1.2查得所需最少觀測值個(gè)數(shù)或有效試樣個(gè)數(shù)。c. 規(guī)定存活率下疲勞強(qiáng)度的測定采用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏量法，按計(jì)算規(guī)定存活率P下的疲勞強(qiáng)度。式中的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏量數(shù)值可由標(biāo)準(zhǔn)附錄D表D.2查得。如果用戶或產(chǎn)品協(xié)議要求進(jìn)行樣本標(biāo)準(zhǔn)差修正或單側(cè)容限系數(shù)修正，可按照附錄E或附

53、錄F進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。升降法試驗(yàn)示例：試驗(yàn)單位及相關(guān)信息同，升降法為4級應(yīng)力水平，應(yīng)力增量為5MPa，相當(dāng)于中值疲勞強(qiáng)度的3%。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及升降圖見表10-1、表10-2、表10-3和圖7。表10-1 升降法試驗(yàn)數(shù)據(jù)(指定壽命N=)最大應(yīng)力，MPa疲勞壽命N，千周17510000 8391701820 1040 2470 10000 6281656310 10000 10000 795 1000016010000 10000 圖7 升降圖(N0=107，×-斷裂，-通過)表9-2 計(jì)算對子應(yīng)力表10-2 升降法數(shù)據(jù)處理，Mpa對子應(yīng)力，Mpa對子個(gè)數(shù)180175177.5117517017

54、2.51170165167.53165160162.52表10-3 升降法試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果（指定壽命N0=107，置信度=95%)，MPa ，MPa, MPa71685.3450.0318158表9-3中，根據(jù)變異系數(shù)檢驗(yàn)有效試樣個(gè)數(shù)滿足置信度=95%，規(guī)定存活率疲勞強(qiáng)度，存活率P=97.5%，查表得uP=-1.96。 S-N曲線的測定a.單點(diǎn)法S-N曲線測定當(dāng)試樣件數(shù)或試驗(yàn)條件受到限制時(shí)，采用單點(diǎn)法粗略的測定S-N曲線。試樣數(shù)量10件左右。在中壽命區(qū)，應(yīng)力水平應(yīng)不少于5級。用單點(diǎn)法測定疲勞極限時(shí)，如果試樣在第i級應(yīng)力下，未達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)發(fā)生斷裂，而在較低的第i+1級應(yīng)力下未發(fā)生斷裂，并且

55、兩個(gè)應(yīng)力的差值（）不超過的5%，則與的平均值可為疲勞極限參考值，按計(jì)算。 b. S-N曲線和P-S-N曲線測定S-N曲線和P-S-N曲線是疲勞應(yīng)力與疲勞壽命和規(guī)定存活率下的疲勞應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系曲線。S-N曲線是最大應(yīng)力或應(yīng)力幅與至斷裂循環(huán)次數(shù)N的關(guān)系曲線，用半對數(shù)坐標(biāo)表示。P-S-N曲線為具有規(guī)定存活率P的S-N曲線，用半對數(shù)坐標(biāo)表示。P-S-N曲線與S-N曲線的特征是一致的。鋁合金擠壓型材的S-N曲線的特征示例見圖8、圖9（引自EN1999-1-3：2007(E)）。鋁合金材料S-N曲線具有兩個(gè)拐點(diǎn)，第一個(gè)拐點(diǎn)，超過達(dá)到之間斜率減小但尚未為0，這就是說該段曲線并非水平（或者說達(dá)到或超過并不是鋁合金材料的無限壽命）；而第二個(gè)拐點(diǎn)為并且斜率降低為0，這說明曲線呈現(xiàn)水平（或者說達(dá)到或超過是鋁合金材料的無限壽命）。圖8 鋁合金擠壓型材S-N曲線圖9 鋁合金型材S-N曲線測定S-N曲線和P-S-N曲線的測試原理和方法見圖10、圖11。兩圖中已描出中值S-N曲線，若連接分布曲線的規(guī)定下限值（例如：規(guī)定存活率P=97.5%）可得到P-S-N曲線。圖10成組法測定S-N曲線圖11 升降法測定S-N曲線 在中壽命區(qū)線段，選取35個(gè)應(yīng)力水平，采