《金屬材料開(kāi)孔細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度基準(zhǔn)值測(cè)定方法》

1HBXXXX—XXXX金屬材料開(kāi)孔細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度基準(zhǔn)值測(cè)定方法本文件規(guī)定了測(cè)定金屬材料開(kāi)孔細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度基準(zhǔn)值的試樣、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)報(bào)告。本文件適用于測(cè)定金屬材料室溫下開(kāi)孔細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度基準(zhǔn)值。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T10623金屬材料力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)JJG556軸向加力疲勞試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程3術(shù)語(yǔ)和定義、符號(hào)3.1術(shù)語(yǔ)和定義GB/T10623界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1.1細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度detailfatiguerating（DFR）結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)本身固有的疲勞性能特征值，是一種對(duì)構(gòu)件質(zhì)量和耐重復(fù)載荷能力的度量，與使用載荷無(wú)關(guān)。該值是當(dāng)應(yīng)力比R=0.06時(shí)，具有95%可靠度和95%置信度的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)疲勞壽命能夠達(dá)到105次的最大應(yīng)3.1.2細(xì)節(jié)疲勞額定強(qiáng)度基準(zhǔn)值basevalueofdetailfatiguerating（DFRbase）規(guī)定的典型結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的最基本的細(xì)節(jié)疲勞額定值，是計(jì)算具有數(shù)百個(gè)相似細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)件允許使用的最小DFR值。3.1.3開(kāi)孔細(xì)節(jié)detailofopenhole含孔結(jié)構(gòu)的加工細(xì)節(jié)。3.2符號(hào)本文件采用的符號(hào)、名稱及單位見(jiàn)表1。2HBXXXX—XXXX表1符號(hào)、名稱及單位DFRbaseKtg—n件N95/95次R—C—Rc S Sc SR ST α β次PmaxNσ等壽命圖中N95/95=10等壽命線與σm軸交點(diǎn)的應(yīng)力值DTWeL4試樣4.1試樣形式推薦采用如圖1所示含有雙孔細(xì)節(jié)的試樣，試樣的毛截面應(yīng)力集中系數(shù)Ktg=3.1。試樣的孔徑、制孔工藝、強(qiáng)化工藝和試樣平板表面的粗糙度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇。雙孔試樣兩孔的中心距離宜不小于10D。推薦試樣的夾持段長(zhǎng)度為30mm～50mm，夾持面受力均勻，孔中心距離夾持端的長(zhǎng)度大于10D，推薦的雙孔、單孔試樣尺寸見(jiàn)表2、表3。對(duì)缺口較為敏感的材料也可適當(dāng)增加夾持段寬度，以避免試樣在夾持段斷裂。試樣夾持段與工作段切向過(guò)渡圓弧半徑應(yīng)至少大于1.5W，以避免在過(guò)渡段產(chǎn)生應(yīng)力集中。試樣厚度可根據(jù)試驗(yàn)需求選擇。對(duì)于使用原始板材厚度的試樣，試樣表面的平行度和平面度可不做要求。3WTC0.05WT0.05CA夾持段夾持段BACHBXXXX—XXXXWTC0.05WT0.05CA夾持段夾持段BAC單位：mm2-D 0.1A-B0.05C夾持段夾持段LC0.05Ca)雙孔細(xì)節(jié)疲勞試樣 0.1A-B 夾持段夾持段L0.05b)單孔細(xì)節(jié)疲勞試樣圖1開(kāi)孔細(xì)節(jié)疲勞試樣表2DeLW6544HBXXXX—XXXXDLW6544.2試樣制備4.2.1試樣切取應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行切取。取樣時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄取樣位置、取樣方向、并對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)等。試樣的取樣方向標(biāo)記方法見(jiàn)圖2。LL-TTL-SSS-TL圖2試樣取樣方向示意圖4.2.2試樣的制備工藝應(yīng)能代表實(shí)際結(jié)構(gòu)的孔細(xì)節(jié)，一般常用的制孔工藝包括：鉆孔、鉸孔、孔邊倒角或不倒角，還可采用強(qiáng)化工藝對(duì)孔進(jìn)行處理，如擠壓強(qiáng)化等。試樣表面的制備工藝還應(yīng)代表實(shí)際結(jié)構(gòu)孔細(xì)節(jié)周圍的情況，如滿足一定的粗糙度要求、表面進(jìn)行防護(hù)處理、噴丸強(qiáng)化等。試樣的加工程序應(yīng)在報(bào)告中注明。附錄A給出了鉆孔細(xì)節(jié)試樣的加工程序示例。4.2.3試樣加工過(guò)程中應(yīng)避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力，應(yīng)采用逐步減小加工余量的加工工序，尤其是在試樣的最終加工階段。試樣的兩個(gè)表面要求對(duì)稱加工直至達(dá)到最終厚度，最后一道工序的加工量每面不大于0.125mm。孔最后一道工序的加工量不大于最終孔徑的6%，嚴(yán)格控制最后一道孔加工過(guò)程中的工藝參數(shù)，如使用的刀具（鉆頭、鉸刀、銑刀等）、加工設(shè)備的進(jìn)給量和轉(zhuǎn)速，應(yīng)與實(shí)際構(gòu)件的制孔工藝一致。4.2.4試樣表面加工應(yīng)保證平面度和上、下表面的平行度。對(duì)于鈦合金和鋼等硬度較高的材料，當(dāng)粗糙度要求較高時(shí)推薦使用研磨加工方式。加工完成后應(yīng)無(wú)垂直于加載方向的劃痕。加工過(guò)程不允許產(chǎn)生冷作硬化或過(guò)熱。對(duì)薄板材料試樣表面可以不加工，試樣表面的平面度和平行度不做要求，但試樣不應(yīng)有明顯翹曲，試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)說(shuō)明試樣表面狀態(tài)。4.2.5一般應(yīng)在熱處理后進(jìn)行試樣最終的成形加工。熱處理制度應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明。4.2.6目視觀察試樣，試樣不應(yīng)有孔邊劃痕、鑿痕、凹坑等。5試驗(yàn)裝置推薦采用液壓伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)開(kāi)展試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)按JJG556的要求定期檢定，靜態(tài)載荷誤差控制在±1%以內(nèi)，動(dòng)態(tài)載荷誤差控制在±2％以內(nèi)，同軸度控制在±5％以內(nèi)。5HBXXXX—XXXX6試驗(yàn)程序6.1試樣檢查與尺寸測(cè)量6.1.1去除試樣表面油污，檢查試樣測(cè)試部位是否有意外損傷。6.1.2在孔心垂直于加載軸線的最小凈截面處測(cè)量試樣的厚度T與毛截面寬度W。有多個(gè)開(kāi)孔細(xì)節(jié)時(shí)應(yīng)分別進(jìn)行測(cè)量，取其平均值作為試樣的厚度與寬度。厚度T的測(cè)量精度不低于0.01mm，寬度W的測(cè)量精度不低于0.02mm。6.2試樣安裝試樣安裝應(yīng)保證加載力均勻分布在試樣橫截面上。6.3試驗(yàn)波形與頻率試驗(yàn)波形為R=0.06正弦波，頻率不超過(guò)50Hz。6.4試驗(yàn)載荷的選取6.4.1選擇最大應(yīng)力水平進(jìn)行一組試樣的疲勞試驗(yàn)，其疲勞壽命宜在（1.5×105～4×105）次范圍內(nèi)，由于不同材料的疲勞壽命分散性不同，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)材料特性確定試驗(yàn)應(yīng)力。對(duì)于疲勞壽命分散大的金屬材料，疲勞壽命范圍可適當(dāng)放寬。一組有效試樣一般不少于5件。6.4.2按試樣的毛截面寬度W和公式（1）計(jì)算試驗(yàn)載荷：Pmax=σmax×W×T 6.5失效判據(jù)6.5.1連續(xù)試驗(yàn)直至試樣完全斷裂或達(dá)到指定的循環(huán)周次。指定的循環(huán)周次可根據(jù)試驗(yàn)需要設(shè)定，建議為5×105次。試樣斷裂未發(fā)生在含孔截面或試樣斷口有明顯冶金缺陷或其他缺陷則試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)效。6.5.2其他形式如孔邊裂紋達(dá)到一定尺寸也可判為失效，但在報(bào)告中應(yīng)注明失效判據(jù)。7試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理7.1特征壽命β按公式（2）、公式（3）對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算特征壽命。所有n個(gè)試樣全部破壞時(shí)，β按公式（2）計(jì)算：β=N1/a…………（2）式中：α——威布爾分布的形狀參數(shù)，取值見(jiàn)表4。所有n個(gè)試樣中k個(gè)破壞時(shí)（其余試樣達(dá)到指定壽命N停止試驗(yàn)β按公式（3）計(jì)算：β=N1/a…………（3）6HBXXXX—XXXX表4形狀參數(shù)α取值表α43結(jié)構(gòu)鋼(σb≤1660MPa，或應(yīng)力集中系數(shù)小于2.5）3結(jié)構(gòu)鋼(σb＞1660MPa，且應(yīng)力集中系數(shù)大于2.5）7.2可靠度R=95%、置信度C=95%的壽命N95/95按公式（4）計(jì)算可靠度R=95%、置信度C=95%的壽命N95/95：N95/95=…………（4）式中：ST——試樣系數(shù)，ST=1.3；SR——可靠度系數(shù)，取值見(jiàn)表5；Sc——置信度系數(shù)，根據(jù)試樣包含的孔細(xì)節(jié)數(shù)按表6或表7取值。表5可靠性系數(shù)SR取值表SR結(jié)構(gòu)鋼(σb≤1660MPa，或應(yīng)力集中小于2.5）結(jié)構(gòu)鋼(σb＞1660MPa，且應(yīng)力集中大于2.5）表6單細(xì)節(jié)（含一個(gè)孔）試樣置信度系數(shù)Sc取值表α123456789表7雙細(xì)節(jié)（含兩個(gè)孔）試樣置信度系數(shù)Sc取值表α1234567897.3DFRbase值的計(jì)算將N95/95帶入公式（5）計(jì)算DFR值，由公式（6）計(jì)算開(kāi)孔細(xì)節(jié)的DFRbase值：7HBXXXX—XXXX0.94σ0.94σm0/0.94σm0/σmaxS5lgN95/95-(0.47S5lgN95/95-0.53)-(0.0282S5lgN95/95+0.0318)式中：σm0、S的取值見(jiàn)表8。DFRbase=DFR/RC…………………（6）式中：Rc的取值與試樣中包含的細(xì)節(jié)數(shù)有關(guān)，試樣包含的細(xì)節(jié)數(shù)不大于4時(shí)，Rc取值見(jiàn)表9。表8σm0和S取值表σS結(jié)構(gòu)鋼(σ≤1380MPa）結(jié)構(gòu)鋼(σ＞1380MPa）表9RC取值表Rc結(jié)構(gòu)鋼(σb≤1660MPa，或應(yīng)力集中系數(shù)小于2.5）結(jié)構(gòu)鋼(σb＞1660MPa，且應(yīng)力集中系數(shù)大于2.5）8試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告一般包括以下內(nèi)容：a)材料牌號(hào)、生產(chǎn)廠家、爐批號(hào)、品種、規(guī)格、熱處理制度或狀態(tài)等；b)試樣編號(hào)、取樣方向、取樣位置、尺寸和表面狀況等；c)試驗(yàn)機(jī)型號(hào)、試驗(yàn)頻率、載荷大小、應(yīng)力比、加載方式；d)試驗(yàn)過(guò)程中不符合本標(biāo)準(zhǔn)的任何情況；e)試樣異常斷裂時(shí)注明斷裂位置；f)數(shù)據(jù)處理時(shí)剔除的數(shù)據(jù)及原因；g)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果；h)試驗(yàn)日期、溫度、濕度、人員。8HBXXXX—XXXX試樣加工程序示例A.1概述本附錄是某一鋁合金試樣開(kāi)孔細(xì)節(jié)采用鉆孔工藝的加工程序示例。A.2加工程序A.2.1試樣表面對(duì)稱銑削，每面最后一道切削留有0.125mm加工余量。A.2.2試樣表面分2次銑削至最終尺寸，銑刀直徑建議60mm～90mm，銑刀進(jìn)給量0.02mm/齒，切削速度400m/min，試樣表面粗糙度Ra值達(dá)到0.8μm。A.2.3鉆