ASTM-E139-金属材料传导蠕变、蠕变断裂和应力断裂的标准试-验方法(共23页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上金属材料传导蠕变、蠕变断裂和应力断裂的标准试验方法1、适用范围1.1、本标准适用于在恒定温度和恒定拉伸载荷下,测量材料由时间函数决定的变形量(蠕变试验)和加载后的断裂时间(断裂试验)。同时还规定了对试验设备的基本要求。需要参考产品的规范,来确定试验的数量和最长试验时间。1.2、本标准列出了各试验报告中必须包括的内容。这是为了确保相关感兴趣的组织都能获得这些有用且容易获得的信息。由于以下原因,报告必须认真对待: (1)采用不同的试验方法获得的试验结果并不相同,因此必须具体说明使用了那种试验方法;(2)实验报告中缺少详细信息往往会妨碍后续研究中重要试验变量的确定;(3)由
2、于持久试验的时间很长,一般很少重复试验,并且很难保证一些变量始终保持在推荐范围以内。一份详细的报告,并不需要包括所有不在控制精度范围内的试验数据1.3、本标准不包括缺口试样的试验,这些试验在E292中有详细规定1.4、本标准不包括短时试验,短时试验在E 21中有详细规定。1.5、本标准中所有单位都采用国际单位。1.6、本标准不对所有的安全问题负责,使用本标准的用户有责任建立必要的安全保障并根据需要,对标准的适用范围限制进行调整。2、引用标准2.1、ASTM标准:E4 测试仪的负荷校准E6 E8 金属材料的拉伸试验方法E21 金属材料的高温抗拉试验方法E29使用试验数据中重要数字以确定对规范的适
3、应性E74检验试验机力示值用测力仪的校准E83伸长仪的检验和分类E177 ASTM试验方法中精密度和偏倚术语的使用 E220用比较技术校准热电偶的标准试验方法E292材料断裂时间的凹口张力试验E633空气中1800F(1000)作蠕变和应力断裂试验使用热电偶的规则E1012在拉伸负载下试样调直的验证2.2、军事标准MIL-STD-120 量规检验3、术语3.1、定义:E6部分的术语与蠕变试验相关的术语的定义应该适用于实践。正是出于这个目的,使用了以下一些更通用的术语。3.2、本标准使用的术语的定义:3.2.1、轴向应变:从试样轴向两端相同距离处测量的应变的平均值。3.2.2、弯曲应变:试样表面
4、应变和轴向应变之间的差值。通常它在围绕和沿着试样颈缩面的方向上变化。3.2.2.1、最大弯曲应变:沿光滑试样的长度方向,在其颈缩处测量的应变。3.2.3、蠕变:材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。3.2.4、蠕变断裂试验:观察试样变形过程并获得其断裂时间的试验。通常试样的变形量要比蠕变试验的大。3.2.5、蠕变试验:观察试样加载应力低于断裂应力时的蠕变现象,并测量蠕变速率的试验。由于试样的应变量很小,所以试验需要采用引伸计。3.2.6、标距长度:试样标识之间的长度,用于计算试样断裂后的伸长率3.2.7、缩颈长度:过渡圆弧与缩颈部分的切点间的距离3.2.8、加载后的塑性变形
5、:加载后产生的变形,在外力去除后变形消失而恢复原状。在应力应变曲线中呈线性的部分3.2.9、试样的缩颈:试样的中心部分横截面面积比试样夹持部位横截面面积小3.2.10、加载后的变形:从开始加载到全部加载完成后的变形3.2.11、应力断裂试验:测量断裂时间的试验,试验中不测量试样的变形3.2.12、在规定时间的总的塑性应变:相当于加载后的塑性应变加蠕变应变3.2.13、在规定时间的总应变:加载后的应变加蠕变4、意义和用途4.1、断裂试验主要是提供材料负载的能力(断裂时间),蠕变试验主要是测在低于断裂应力下的应变,这两种试验在提供材料负载能力方面相互补充。在选择材料和高于运行温度下的设计数据时,使
6、用试验数据的类型取决于那种负载能力数据更能反映材料的服役性能。5、设备5.1、试验机5.2、加热设备5.3、温度测量设备5.4、引伸计5.5、室温控制5.5.1、测量变形时的试验室温度应在试样加载时试验室温度的3以内5.6、计时设备对于断裂试验,记录的从加载到试样断裂的累计时间误差不超过1%。(GB/T 2039规定不超过0.2%)6、试样试样的类型、尺寸等详细要求见E87、设备的校验和标准化8、试验步骤8.1、横截面面积的测量:按照E8规定的试样尺寸测量方法,确定试样的最小横截面面积。8.2、原始计算长度的测量:8.2.1、没有特别的说明,圆形试样的标距为4D,矩形试样的标距为宽度的4倍。在
7、试样上打孔或划线,以定出标距。注:试样的尺寸不一样,其测定的伸长率没有可比性。对材料相同的试样进行试验,如果试样的厚度不一样,将试样的横截面面积开平方,再乘以4.5倍作为标距,我们仍然得不到相同的伸长率。8.2.2、当试样缩颈的长度和直径之比比标准大很多时,标距应该接近直径而小于长度。注:材料的伸长率与标距的长度有很大的关系。我们在测量伸长率时,习惯用直径的4倍作为标距,但是标距大于或小于4D都是允许的,甚至在用相同标距的试样测伸长率时,可以不再试样上做标识。当标距大于4D时,应在报告中注明标距长度。对大多数塑性很好的材料,标距大于4D时,测得的伸长率大一些。伸长主要发生在断裂部位附近,所以沿
8、试样缩颈部分长度方向上不同部位的伸长量并不相同。由于这个原因,我们不推荐采用多个标距来测量试样的伸长率。8.2.3、当试验材料的塑性不是很好时,不需要在试样上标识标距。因为标识处容易产生应力集中,而试样容易在应力集中部位发生断裂。所以标识一般打在试样的凸肩上或直接测量整个试样的长度。8.2.4、当引伸计装在试样的凸肩部位时,测量两个过渡圆弧(该处直径或宽度是缩颈部分直径或宽度的1.05倍)间的距离,作为计算缩颈部分伸长率的约数。8.3、清洗试样没有特别的说明,用酒精、丙酮或其它不影响试样测试的熔剂对试样进行仔细的清洗。有时,在试样加工前也需要对试样进行清洗。铸造试样不需要进行清洗。8.4、温度
9、控制8.4.1、热电偶的使用应符合ASTM E633的规定8.4.2、ASTM E633给出了热电偶连接的方法,连接热电偶和试样时,连接处应非常紧密,并且热电偶上应该有保护物,防止过热。对于某些特殊的炉子和温度,保护物可以不要。当温度高到可以破坏电偶丝本身的绝缘层时,应在热电偶的受热部分加上陶瓷绝缘体。热电偶的其它部分应有隔热层和电绝缘体。当电绝缘材料用于热电偶受热区时,应检测在更高温度能否继续保持其绝缘性能。8.4.3、计算长度不到50mm的试样,一般应在两端各固定一支热电偶。计算长度大于50mm的试样,应在试样的中部再加一支热电偶。8.4.4、试验1000时,炉温误差不超过2,1000,炉
10、温误差不超过3。(GB2039规定,900,3;900,4)8.4.5、炉子的指示温度是指由质量良好的高温测量装置测出的实际温度。注:实际温度和指示温度可能有误差,8.4.4规定,试验允许存在误差,但我们不能因此而忽视良好测量装置和精确控制温度的重要性。每个试验室应该努力做到指示温度和实际温度之间的误差尽可能的小。尽管8.4.4给出了误差极限,但是我们应该将产生误差时的温度和时间记录下来,以分析这些误差是否会对试验的结果产生影响,并且在报告的附件中清晰地注明这些误差。众所周知,材料的强度和温度紧密相关。因此,精确的温度控制是必须的。8.4.6、炉子加热时,误差不能超过8.4.4的规定。我们应该
11、研究炉子的加热特征和温度控制系统以确定输入功率、热电偶的校准和热电偶位置的确定,从而防止瞬时超温现象的出现。在升温到距离设定温度5-20时,作出最后的调整,以稳定炉温。持续时间较长,而且超温较多的情况一定要在报告中有详细的记载。8.4.7、根据8.4.4规定的温度误差范围和试样温度的均匀性来确定试验前试样的保温时间。没有特殊的说明,保温时间不能低于1h。对于升温和保温时间应做记录。8.4.8、如果温度误差超过8.4.4的规定,我们就需要研究温度误差对试样蠕变性能的影响。温度误差对试验结果影响较大时,试验必须重做。允许降低到设置温度以下的某个温度进行试验,这会降低蠕变速率和延长断裂时间,而蠕变速
12、率和断裂时间对温度比较敏感。低温一般不会对材料的蠕变性能产生影响,而超温往往会加速蠕变。因此,当实际温度低于设置温度时,蠕变速率发生了明显的变化或者在有代表性的蠕变试验数据存在疑问时,才需要重做试验。注:在加载状态下,冷却或重新加热对试样的蠕变性能和断裂时间有明显的影响。同样,温度降低或卸载也会影响试样的蠕变性能。但我们不能因此决定蠕变试验必须重做。干扰结束之后,经过校正,试验可以继续进行。但是冷却时间,降低了多少温度,卸载时的温度和时间以及试验继续进行时的温度都应该在报告中明确注明。8.5、试样和试验机的连接,安装试样时,要注意试样在加热炉内不应受到非轴向力的作用。例如,螺纹试样不要拧到螺纹
13、的头部和尾部。如果试样装的有点松,可以用手握住试样的中部,沿横向转动将试样拧紧。如果密封炉子用的填塞料不能封的太紧,以免引伸计或拉杆的位置被完全固定而不能移动。8.6、试验时的应变测量8.6.1、顾名思义,蠕变或蠕变断裂试验需要测量加载后的变形量,而且载荷为零时到加上全部载荷的变形量也要记录下来。注:记录加载时的变形量主要有以下两个原因:(1)应力应变曲线的弹性变形部分可以用来评价试验装置的运行情况。(2)在许多情况下,全部变形量包括蠕变都应该记录下来。因为加载时的变形曲线对我们非常有用。换句话说,要得到加载时的变形曲线而不仅仅是蠕变曲线,就要减慢加载速度。与一次性将载荷全部加上相比,减慢加载
14、速度,可能会产生更大的变形量。8.6.2、测量变形的时间间隔应当适中,以便准确地确定出时间-应变曲线。与蠕变的第二阶段相比,在蠕变的第一阶段,测量蠕变变形的次数应该多些。测量变形的时间间隔不超过24h或全部试验时间的1%。用计算机记录数据,至少24h记录一个点,这样做的话,可以更加清晰地做出蠕变断裂曲线。对试验结果没有影响的数据遗漏或者数据遗漏的时间不是试验明确要求要记录蠕变变形量的时间,其试验结果都是被承认的。8.6.3、当缩颈部分直径或宽度小于6.25mm,引伸计装在试样的凸肩位置。试样凸肩的直径要明显大于缩颈部分的直径。如果不这样,为了修正缩颈部分以外的伸长量,一条蠕变曲线需要测两个试样
15、。一个标准试样用来测量缩颈部分的蠕变量,另一个试样可以做得短点,主要是省略缩颈部分或者缩颈部分及过渡圆弧部分。两个试样的头部和过渡圆弧部分应该比较相似。两个试样的引伸计应该装在试样的凸肩位置。8.6.4、卸载时的变形量测量见8.7.38.7、加载和卸载8.7.1、在试样加热前应加一个很小的初载,像不锈钢这种一旦加载,立刻产生屈服现象的材料,初载不超过10%;而像应力应变曲线中弹性变形呈线性关系的材料,初载不超过15%。加一个较小的初载,可以减小试样和试验机夹头位置的移动,从而确保试样不会受到非轴向力的作用。通过应力应变曲线的线性部分,可以外推没有加载时引伸计的读数。8.7.2、加载时,应避震动
16、和过载。还应根据变形量读数的增加,来决定载荷的增加。此外在满足所有规定的情况下,加载的时间应可能的短。8.7.3、如果总的伸长量是有限的,并且以相同的数量级进行弹性伸长。那么精确了解整个伸长量的弹性伸长部分非常重要。在蠕变试验结束时,通过测量卸载时的瞬时收缩,可以很好地确定整个伸长量的弹性伸长部分。注:这种测量只适用于在试样断裂前就停止的试验。8.7.4、不论试验由何原因中断,在试验报告中,都应将试验重新开始的条件记录下来。过载时,试样会收缩,因此我们要防止过载情况的出现。8.8、试验结束后,试样的测量8.8.1、伸长率的测量,将断裂的试样小心地连接起来,测量室温下标距的长度或试样的总长度(精
17、确到0.2mm)。假如是验收试验,伸长率达到了规定的最低要求,没有进一步测试的必要。而伸长率没有达到最低要求,试验必须重做。8.8.2、圆形试样断面收缩率的测量,将断裂的试样小心地连接起来,测量室温下试样直径的最大值和最小值,计算出平均值(精确到0.02mm)并记录下来。如果断裂发生在试样的过渡圆弧处或缩颈部分标识位置,该试验结果不具有代表性。假如是验收试验,断面收缩率达到了规定的最低要求,没有进一步测试的必要。而断面收缩率没有达到最低要求,试验必须重做。9、计算9.1、应力:应力值等于室温下加载的轴向力除以试样最小横截面积。9.2、应变9.2.1、应变等于伸长量除以试样没加载前的原始计算长度
18、。在Section 3中,明确地给出了各种应变的定义。9.2.2、如果引伸计连接在试样缩颈部分,那么引伸计测量长度就是两个连接点之间的距离。9.2.3、像蠕变断裂试验,引伸计连接在试样的肩部,测量的伸长量应包括试样的肩部及过渡圆弧到引伸计连接点的距离。对附加应变进行修正是必要的。在同一温度进行一系列蠕变试验时,可以按照Thomas 和Carlson的方法进行修正。否则,需用测量的伸长量除以调整后的缩颈部分的长度(见8.2.4)。计算应变的方法在验收试验的协议书和报告中应清楚地说明。在报告中应有足够的试样和伸长量数据,以便于读者对试样过渡圆弧部分的应变进行修正。注:将过渡圆弧处的应变作为单独的普
19、遍的因素进行修正是不正确的,因为过渡圆弧处的应变随应力的改变而改变,并且与材料的蠕变速率和测试温度有关。可以按照Thomas 和Carlson的方法对过渡圆弧处的应变进行修正。该方法对大多数金属在不同应力和不同温度下的应变进行了测试。在这些试验中,主要是通过调整缩颈部分的长度来对应变进行修正,误差小于3%。在蠕变的第一阶段,误差比较大,甚至可以达到8%。这些误差是基于缩颈部分长度与直径之比为5的基础上得到的。而长度与直径之比为10时,误差就会比较大。9.2.4、试样为小试样时,引伸计连接在试样的夹头位置。标准试样的伸长量会减少主要是由于缩颈部分没有伸长。在两种试样上加载,载荷和时间相同,其不同
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