疲劳试验，你了解多少？如何测定金属疲劳？

什么是疲劳试验？

疲劳试验是可靠性测试一种，其利用橡胶、塑料试样或模拟机件在各种环境下，经受交变载荷而测定其疲劳性能判据，并研究其断裂过程的试验。

 

金属疲劳试验是指通过金属材料实验测定金属材料的σ-1，绘制材料的S-N曲线，进而观察疲劳破坏现象和断口特征，进而学会对称循环下测定金属材料疲劳极限的方法。实验设备一般有疲劳试验机和游标卡尺。 在足够大的交变应力作用下，于金属构件外形突变或表面刻痕或内部缺陷等部位，都可能因较大的应力集中引发微观裂纹。分散的微观裂纹经过集结沟通将形成宏观裂纹。已形成的宏观裂纹逐渐缓慢地扩展，构件横截面逐步削弱，当达到一定限度时，构件会突然断裂。金属因交变应力引起的上述失效现象，称为金属的疲劳。

 

这是因为金属内部结构并不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。与此同时，金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。在力的持续作用下，裂纹会越来越大，材料中能够传递应力的部分越来越少，直至剩余部分不能继续传递负载时，金属构件就会全部毁坏。

 

疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度。一般来说，这种试验周期长，所需设备复杂。但由于静拉伸、硬度、冲击试验等一般机械试验不能在反复交变载荷作用下提供材料的性能，因此有必要对重要构件进行疲劳试验。

 

疲劳试验的分类

 

　　1). 按试样破断时应力(应变)循环周次高低可分为：低周疲劳试验、高周疲劳试验。失效循环周次大于5X10^4的称为高周疲劳试验，小于5X104的称为低周疲劳试验。

 

　　2). 按试验环境可分为：室温疲劳试验、低温疲劳试验、高温疲劳试验、热疲劳试验、腐蚀疲劳试验、接触疲劳试验、微动磨损疲劳试验等

 

　　3). 按试样的加载方式可分为：拉压疲劳试验、弯曲疲劳试验、扭转疲劳试验、复合应力疲劳试验。弯曲疲劳试验又可分为旋转弯曲疲劳试验、圆弯曲疲劳试验、平面弯曲疲劳试验;又可分为三点弯曲、四点弯曲、悬臂弯曲疲劳试验。

 

　　4). 按应力循环的类型可分为：等幅疲劳试验、变频疲劳试验、程序疲劳试验、随机疲劳试验等。

 

　　5). 按应力比可分为：对称疲劳试验，非对称疲劳试验。非对称疲劳试验又可以分为单向、双向加载疲劳试验。单向加载疲劳试验又可以分为脉动疲劳试验、波动疲劳试验。

 

　　6). 按试验目的可分为：性能测试疲劳试验、影响系数疲劳试验、对比疲劳试验、筛选疲劳试验、验证疲劳试验等。

 

　　7). 按试样有无预制裂纹可分为：常规疲劳试验、疲劳裂纹扩展试验

 

      金属材料疲劳试验的常用试验方法：单点疲劳试验、升降试验、高频振动试验、超声疲劳试验、红外热像技术疲劳试验等，具体介绍如下：

 

单点疲劳试验法

 

适用于在室温、高温或腐蚀性空气中旋转弯曲载荷条件下使用金属构件。在样品数量有限的情况下，该方法可以近似测量疲劳曲线，粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和压缩试验机。

 

提升法疲劳试验

 

升降疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种常用而准确的方法。在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上，或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度不能通过试验直接测定的情况下，一般采用升降疲劳试验间接测定疲劳强度。主要用于长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机。

 

高频振动疲劳试验法

 

传统疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz，在高频环境下无法准确测量某些零件的疲劳损伤。高频振动试验利用试验设备产生的交变惯性力，具有循环载荷频率约1000Hz的特性，可满足高频、低、高循环条件下服用金属材料的疲劳性能研究。高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括：控制器、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等。

 

超声疲劳试验

 

超声疲劳试验是一种加速共振的疲劳试验方法，其试验频率（20kHz）远远超过常规疲劳试验频率（小于200hz）。超声疲劳试验可以在不同的载荷特征、不同的环境和温度下进行，为疲劳研究提供了良好的手段。超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验，主要用于109周以上的周疲劳试验。当高周疲劳时，材料主要表现为宏观弹性，因此应力、应变等参数的弹性关系处理用于破坏结构关系，而不涉及微塑性。

 

红外热技术疲劳试验方法

 

为了缩短测试时间，降低测试成本，能量方法已成为疲劳测试研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个能量消耗的过程，而温度变化是研究疲劳过程中能量消耗的一个非常重要的参数。红外热图像技术是一种波长转换技术，即将目标的热辐射转化为可见光，利用目标本身各部分的热辐射差异获得二维可视图像，利用计算机图像处理技术和红外温度测量校准技术，实现对物体表面温度场分布的显示、分析和准确测量。试验中使用的材料通常是表面镀锌的。为了提高金属表面的比辐射率，试验时通常在样品表面涂上一层薄薄的红外透射涂料。

 

疲劳试验
 

循环载荷下的材料疲劳在疲劳试验中，材料疲劳是通过一个具有相应测试频率的循环载荷来诱发的。这可能涉及拉伸或压缩中的脉动加载试验，以及对拉伸和压缩部件进行的交变载荷试验。疲劳试验中的材料失效通常发生在远低于静态强度极限的情况下。疲劳试验一方面用于测定特性值，另一方面用于测定疲劳寿命。

 

检测方法：

扩展速率试验

S-N曲线的测定

旋转弯曲方法