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金屬拉伸蠕變及持久試驗方法

Metallic materials—Creep and stress-rupture test in tension

1 范圍

   本標準規(guī)定了金屬拉伸蠕變及持久試驗的適用范圍、引用標準、試驗原理、符號、術(shù)語及定義、試樣、試驗設(shè)備及儀器、試驗、試驗結(jié)果處理及試驗報告。

   本標準方法適用于測定金屬如下力學(xué)性能：

1. 穩(wěn)態(tài)蠕變速率
2. 蠕變極限
3. 蠕變伸長率
4. 持久斷裂時間
5. 持久強度極限
6. 持久斷后伸長率及斷面收縮率
7. 持久缺口敏感系數(shù)

2 引用標準

  下列標準所含的條文，通過在本標準中引用而構(gòu)成本標準的條文，本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準均可能修訂，本標準的使用者應(yīng)探討使用下列標準版本的可能性。

  GB8170-87數(shù)值修約規(guī)則

  GB10623-89金屬力學(xué)性能試驗術(shù)語

  JJG141-83工作用鉑銠10-鉑熱電檢定規(guī)程

  JJG276-88高溫蠕變、持久強度試驗機檢定規(guī)程

  JJG351-84工作用鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-考銅熱電偶檢定規(guī)程

  JJG368-84工作用銅-康銅熱電偶檢定規(guī)程

3 試驗原理

  將試樣加熱至規(guī)定溫度，沿試樣軸線方向施加拉伸力并保持恒定，將試樣拉至規(guī)定變形量或斷裂，測定其蠕變或持久性能。

4 符號、術(shù)語及定義

4.1本標準使用的符號見表1。

表1符號

4.2本標準使用的術(shù)語及定義如下：

4.2.1蠕變極限

  在規(guī)定溫度下使試樣在規(guī)定時間產(chǎn)生的蠕變伸長率（總伸長率或塑性伸長率）或穩(wěn)態(tài)蠕變速率不超過規(guī)定值的zui大應(yīng)力。

  當以伸長率測定蠕變極*，用表示；

  當以穩(wěn)態(tài)蠕變速率測定蠕變極*，用表示。

4.2.2持久強度極度

  試樣在規(guī)定溫度下達到規(guī)定的試驗時間而不產(chǎn)生斷裂的zui大應(yīng)力，用表示。

4.2.3持久斷后伸長率

  持久試樣斷裂后，在室溫下計算長度部分的增量與原始計算長度的百分比。用公式δ=計算。

  當標記標在計算長度之外時，則為原始標記長度的增量與原始計算長度的百分比，用公式δ=計算。

  注：對圓形橫截面試樣，與之差不應(yīng)超過的10%；對矩形橫截面試樣，與之差不應(yīng)超過的15%。

4.2.4持久斷面收縮率

  持久試樣斷裂后，在室溫下橫截面積的zui大縮減量與原始橫截面積的百分比，用公式

￠=計算。

4.2.5持久缺口敏感系數(shù)

  在缺口試樣與光滑試樣試驗應(yīng)力相同的條件下，持久斷裂時間的比值；用Kσ表示，Kσ=。

  在缺口試樣與光滑試樣斷裂時間相同的條件下，試驗應(yīng)力的比值，用Kτ表示，

Kτ=。

4.2.6與本標準有關(guān)的其他術(shù)語及定義見GB10623。

5 試樣

5.1圓形橫截面試樣

5.1.1蠕變試樣直徑5mm~10mm，原始計算長度5d₀或10d₀（也可以采用12.5 d₀）。 

  推薦的標準蠕變試樣見圖1。

圖1圓形橫截面標準蠕變試樣

5.1.2標準持久試樣直徑為5mm和10mm；原始計算長度分別為25mm和50mm，見圖2和圖3。

  注：為了準確地計算持久斷后伸長率，可適當減小過渡圓弧半徑。

5.3.3試樣凸肩及頭部的形狀及尺寸可根據(jù)引伸計結(jié)構(gòu)和拉桿型式確定。試樣頭部與計算長度之間應(yīng)有過渡圓弧，對于圓形橫截面試樣，過渡圓弧半徑應(yīng)不小于直徑的四分之一；對于矩形橫截面試樣，過渡圓弧半徑應(yīng)不小于寬度的四分之一。

5.3.4矩形橫截面試樣一般應(yīng)保留原表面，如技術(shù)條件或雙方協(xié)議另有要求，可磨光表面。

6試驗設(shè)備及儀器

6.1試驗機在使用范圍內(nèi)（5%—100%）力值相對誤差應(yīng)不大于±1.0%；示值相對變動度應(yīng)不大于1.0%，試驗機上下夾頭拉桿之間的試驗力同軸度應(yīng)不超過15%。

6.2蠕變變形測量儀器的量小分度值應(yīng)不大于1μm，誤差一般應(yīng)不大于總?cè)渥兩扉L的±1.0%。

6.3測溫?zé)犭娕紤?yīng)符合JJG141、JJG351或JJG368中Ⅱ級熱電偶要求。

6.4溫度補償系統(tǒng)應(yīng)使熱電偶冷端溫度保持恒定，允許偏差在0.5℃之內(nèi)。

6.5溫度測量儀器的分辨率應(yīng)在0.5℃之內(nèi)，誤差應(yīng)不大于±1℃。

6.6溫度控制及加熱裝置應(yīng)保證在試驗期間溫度符合表3要求。

表3 試驗溫度的偏差和梯度                ℃

6.7加熱爐均溫區(qū)一般應(yīng)不小于試樣計算長度的1.5倍。

7試驗

7.1試驗室溫度一般應(yīng)保持在10℃～35℃之內(nèi)；試驗室應(yīng)遠離或隔離震源，室內(nèi)嚴防震動。

7.2試驗前應(yīng)對試樣表面及尺寸進行檢查，試樣表面不應(yīng)有劃傷或缺陷。試樣的橫截面尺寸應(yīng)在計算長度內(nèi)的兩端及中部測量，在每處相互垂直方向上各側(cè)一次，以計算的zui小橫截面為準。測量試樣截面尺寸的量具zui小分度值應(yīng)不大于0.01mm。

7.3計算長度等于或小于50mm的試樣，一般應(yīng)在兩端各固定一支熱電偶，計算長度大于50mm的試樣，應(yīng)在兩端及中部各固定一支熱電偶。對于缺口試樣，應(yīng)有一支熱電偶固定于缺口處。熱電源工作端應(yīng)緊貼試樣表面，并應(yīng)防止爐壁熱輻射。

7.4對于蠕變試驗，推薦使用雙面變形測量裝置，引伸計的結(jié)構(gòu)和裝卡應(yīng)能真實地反映試樣軸線方向的伸長，并應(yīng)避免變形讀數(shù)受室溫變化和氣流的影響。試驗前用適當增量的力檢查引伸計裝卡質(zhì)量，必要時對引伸計進行調(diào)整，使兩側(cè)變形讀數(shù)的平均值與任一側(cè)讀數(shù)之差除以平均值的百分比不大于15%。

7.5試樣在加熱爐內(nèi)不應(yīng)受到非軸向力的作用。

7.6升溫前，可對試樣施加初始力，此力值應(yīng)不大于總試驗力的10%，且應(yīng)力不超過10N/mm²。

7.7將試樣加熱至規(guī)定溫度的時間一般為2h~8h，溫度保持時間在1h~24h。在升溫及保溫期間，不應(yīng)超過規(guī)定溫度上限。對于升溫及保溫時間應(yīng)做記錄。

7.8達到保溫時間后，平穩(wěn)地施加試驗力。對于蠕變試驗，應(yīng)將砝碼分成適當級數(shù)，記錄施加每級力的變形值，在力一伸長曲線上求得彈性變形及超始塑性變形值，見圖7。

7.9建議對試驗溫度自動記錄，溫度測量間隔應(yīng)保證在整個試驗期間溫度符合6.6條要求。

7.10蠕變變形的記錄應(yīng)保證明確地繪出蠕變曲線。

7.11試驗中因故中途停試時，建議在試樣上保持試驗力。但應(yīng)避免由于低溫收縮而導(dǎo)致試樣上的力超過規(guī)定值。當重新試驗時，達到規(guī)定溫度并保溫度并保溫后開始記錄。

7.12建議試驗累積時間用誤差不大于±0.2%的計時器自動記錄。

7.13達到規(guī)定時間時，對于不能采用分級加力記錄變形的蠕變試驗，卸除主試驗力后要繼續(xù)測量滯彈變形，直至基本回復(fù)為上，見圖8。

7.14試驗機應(yīng)定期按JJG276進行檢定，檢定周期一般為一年，對于超過一年的長時間試驗，應(yīng)在試驗結(jié)束時檢定試驗機。

7.15蠕變極限的測定

   在四個以上適當?shù)膽?yīng)力水平進行等溫蠕變試驗，建議每個應(yīng)力水平做出三個數(shù)據(jù)，在單對數(shù)或雙對數(shù)坐標上用作圖法或zui小二乘法繪制出應(yīng)力-蠕變伸長率或應(yīng)力-穩(wěn)態(tài)蠕變速率關(guān)系曲線。用內(nèi)插法或外推法求出蠕變極限。

7.16持久強度極限的測定

  在五個以上適當?shù)膽?yīng)力水平進行等溫持久試驗，建議至少有三個應(yīng)力水平每組做出三個數(shù)據(jù)，在單對數(shù)或雙對數(shù)坐標上用作圖法或zui小二乘法繪制出應(yīng)力-斷裂時間曲線。用內(nèi)插法或外推法求出持久強度極限。

7.17蠕變或持久強度極限與溫度的關(guān)系至少用三個溫度確定。

7.18對只要求蠕變塑性伸長率的試驗，可用“標記法"測定，但應(yīng)保證測量誤差在6.2條規(guī)定范圍內(nèi)。

8 試驗結(jié)果處理

8.1當出現(xiàn)下列情況之一時，試驗結(jié)果無效，應(yīng)補做試驗。試驗結(jié)果滿足材料技術(shù)條件要求時除外。

8.1.1試樣斷在標記上或計算長度之外。

8.1.2試樣斷口處有明顯缺陷。

8.1.3溫度超過規(guī)定范圍上限或試樣受力異常。

8.2持久斷后伸長率及斷面收縮率修約間隔為1%，修約方法按GB8170執(zhí)行。

8.3對所采用的外推方法應(yīng)詳細地說明，外推出的穩(wěn)態(tài)蠕變速率應(yīng)不小于zui低蠕變速率的十分之一；外推出的時間應(yīng)不大于zui長試驗時間的十倍。外推時，對于材料在溫度、應(yīng)力及時間作用下的組織變化應(yīng)予充分考慮。

9 試驗報告

   試驗報告應(yīng)包括如下內(nèi)容：

• 本國家標準號；
• 試驗材料牌號、爐批號及規(guī)格；
• 試樣尺寸、形狀及編號；
• 試驗溫度；
• 試驗應(yīng)力；
• 試驗結(jié)果；
• 外推方法；
• 試驗日期；
• 試驗中異常情況。