CB-Z 264-1998.pdf
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1、C M I 中 国 船 舶 口 二业 总 公 司 部 标 准 C B / z 2 6 4 -9 8 金属材料低周疲劳表面裂纹扩展速率 试验方法 T e s t m e t h o d f o r l o w c y c l e f a i t i g u e s u r f a c e c r a c k g r o w t h r a t e s o f m e t a l l i c ma t e r i a l s 1 9 9 8 一0 3 一2 0 发布 1 9 9 8 一0 8 一0 1 实施 中国船舶工业总公司发 布 目次 范围 主题 内容 适用范围 2 引用文件 , , , ,
2、, , , , , ”, ,- 1 3 定义 “ ” ,. 1 4 一般 要求 , , , 一1 4 . 1 疲劳试验机 , ” , 。 , , , 。 “ 1 4 . 2 试验夹具 ” 2 4 . 3 应变传感器 , , , ” , , , 2 5 详细要求 , ,. , 一2 5 . 1 试样形状和尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 . 2 试样制备和贮存 , , 2 5 . 3 试验程序 “ 2 5 . 4 试验数据处理与 计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 . 5 试验结果表
4、达 , , , , , , 5 5 . 6 试验报告 , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 , 一6 附录 A疲劳裂纹扩展速率试验试样形状和尺寸( 补充件) 。 , , , , 。 。 。 7 附录 B 锐化切口刀刃和切口锐化的压制( 补充件卜 ,. , 8 附录 C 试验数据处理与计算的举例说明( 参考件) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5、 . . . . . . . . . g 附 录D 数 据 统 计 分 布 数 值表 ( 参 考 件) , , 。 ” , , 。 一 二 二 二 ”1 3 中国船舶工 业总公 司部标准 C B / Z 2 6 4 -9 8 分类号: U 0 5 金属材料低周疲劳表面裂纹扩展速率 试验方法 Te s t me t h o d f o r l o w c y c l e f a t i g u e s u r f a c e c r a c k g r o wt h r a t e s o f me t a l l i c ma t e r i a l s 范 围 1 . 1 主题内容 本标准规
6、定了金属材料在室温( 1 5 3 5) 及大气环境下, 悬臂弯曲加载的低周疲劳表面裂纹扩展 速率的试验方法。 1 . 2 适用范围 本标准适用于在等幅应变条件下. 用矩形载面试样测定金属材料及焊接接头大于 1 0 - 5 m m/ 。 的表 面裂纹扩展速率。 引用标准 6 2 7 1 -8 6 轴向加荷 疲劳试 验机动态力校准 6 3 9 8 -8 6 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法 G B / T 1 5 2 4 8 -9 4 金 属材料轴向 等幅低循环疲劳试验方法 C B / Z 3 5 1 -9 5 舰船材料低循环疲劳试验数据统计分析方法 J J G 1 3 9 -8 3 拉力、 压力
7、和万能材料试验机检定规程 定义 本标准使用的术语见G B 6 3 9 8 , GB / T 1 5 2 4 8 , C B / Z 3 5 1 , 此外还定义了如下术语。 3 . 1 表面裂纹长度 试样表面预制切口长度与其两端的表面疲劳裂纹长度之和, 用2 : 表示. 3 . 2 表面裂 纹深度 预制切口深度与沿试样厚度方向扩展至裂纹前缘长度之和, 用a 表示. 3 . 3 表面裂纹扩展速率 在循环应变或 循环载荷作用下, 每循环一周 所产生 的表面裂纹扩展量, 用d ( 2 c ) / d N表示。 一般要 求 4 . 1 疲劳试验机 4 . 1 . 1 可以选择不同类型的具有悬臂加载功能的
8、疲劳试验机, 但应该符合4 . 1 . 2 条、 4 . 1 . 3 条, 4 . 1 . 4 条的要求。 4 . 1 . 2 静载荷示值的偏差为示值的11 “ u , 示值变动性的偏差为示值的11 %, 试验机静态力校准方法 按 J J G 1 3 9规定. 中国船舶工业总公司1 9 9 8 一0 3 一2 0 批准 1 9 9 8 一0 8 一0 1 实施 I C B / z 2 6 4 -9 8 : 一 : 动载荷示值偏差为示值的士2 0 o 。 试验机动态力校准方法按G B 6 2 7 1 规定。 试验机运行 1 0 0 0 h或一年检定一次, 以检定周期短者为准。几影响试验机准确度的
9、移动位置、 维修、 调整之后, 应立即检定 试验机。 试 验夹具 试验夹具应能够为试验提供良好的悬臂加载方式, 并不得在试样上产生附加拉应力或附加压应 试验夹具不得在试验载荷范围内产生超过弹性极限的变形。 应变传感器 应变传感器可以采用应变引伸 仪或电 阻应变计。 选用的应变传感器应适合于长时间的动态测量和控制. 其测量不确定度不应大于 1 %, 每次试 月勺闷门 勺勺.弓乙qjq曰,J 4-东力东本冻车 验前选用的应变传感器应进行标定。 详细 要求 5 . 1 试祥形状和尺寸 使用矩形截面试样、 其形状和尺寸见附录A( 补充件) 。 5 . 2 试样制备和贮存 5 . 2 . 1 试样制备
10、5 . 2 . 1 . 1 取样部位、 方向和取样方法按委托方要求或双方协议执行。 采用焊接试样时, 应注意焊接工艺 条件与构件保持一致。 5 . 2 . 1 . 2 试样机加工时, 应使其表面的残余应力和加工硬化尽可能小; 磨削加工较硬材料时应确保试 样表面不过热; 精加工前的热处理应防止变形或表面层变质。 5 . 2 . 1 . 3 试样表面精加工后, 试验段表面粗糙度应不大于 0 . 8 p m, 5 . 2 . 1 . 4 试样切口通过铣切或其他加工方法完成, 机械切口长度为 5 . 0 m m, 深度为 1 . 2 5 mm, 5 . 21 . 5 切口锐化采用刀刃压制方法, 其锐化
11、长度在切口两端部应对称, 总锐化长度为 1 . 0 m m, 刀刃 形状 和 尺寸 见附 录B ( 补 充件 ) 的B 1 条, 锐化 深 度 为。 . 4 3 m m , 切口 压 制 方 法见 附 录B ( 补 充 件) 的B 2 条 。 5 . 2 . 2 试样贮存 已制备好的试样的贮存应防止变形、 表面损伤和腐蚀。 5 . 3 试验程序 5 . 3 . 1 试验参数确定 5 . 3 . 1 . 1 试验参数包括总应变范围( Le ) 、 应变比: ( : 、 洲二 ) 、 施加的循环应变波形( 正弦波、 三角形 波、 梯形波等) 、 试验频率。 5 . 3 . 1 . 2 试验参数的选
12、取与确定, 应依据委托方要求、 试验 目的及试验机具体情况决定 , 推荐试验参 数: r =一1 、 梯形波、 试验频率为 。 . 3 4 H z , 5 . 3 . 2 控制方法的选择 控制方法应确保实现 等幅应变。 可选择应 变计算机控制、 恒应变控制、 通过调整位移 或载荷实现等 幅应变控制。 试样检验 试验前对试样进行外观和尺寸检验, 应符合试样尺寸偏差、 表面粗糙度要求。 清除试样表面及切口内的油污和尘垢及铁屑、 毛刺。 清洗后的试祥应立即进行试验或放在干澡箱中短期保存。 安装试样 月门乙qJ ,J东3.3. 3东3.3.东 5.乐乐5.5. 安装试样应仔细操作, 避免在试样上产生附
13、加拉应力或压应力。 C s / z 2 6 4 -9 8 5 . 3 . 5 安装应变传感器 应变传感器装卡( 引伸 仪) 或粘贴( 电阻应变计) 在试样切口 端部的一侧, 其测量方向与试样轴向平 行, 距切口 顶端2 0 m m处。 5 . 3 . 6 控制系统和检测系统连线 连接控制系统和检测系统各连线, 并进行整个系统的平衡调试。 5 . 3 . 7 表面裂纹扩展速率试验 5 . 3 . 7 . 1 采用 2 0- 5 0倍读数显微镜直读或其它方法检测裂纹长度, 裂纹长度测量间距2 c 0 . 1 m m , 5 . 3 - 7 . 2 预制疲劳裂纹应用表面裂纹扩展试验的最小初始应变范围
14、, 推荐选取试验材料屈服应变的 0 . 6 5作为预制裂纹的最大应变范围。在此应变范围下, 表面裂纹长度 2 扩展至 8 mm时, 预制疲劳裂 纹完成 。 5 . 17 . 3 对已 经预制好疲劳裂纹的每一试样, 按预制疲劳裂纹的应变范围: , 进行表面裂纹扩展试 验, 直到可以建 立裂纹扩展速率, 再把下一个较高的应变范围: : 施加于试样, 建立: : 下的 裂纹扩展 速率. , 直到建立的裂纹扩展速率为止。 5 . 3 - 7 . 4 对每一试祥施加的应变范围, 一般取5 -6 级, 选取的应变范围大小应满足表面疲劳裂纹扩展 速率d ( 2 c ) / d N 在 1 0 - 2 - -
15、 1 0 - mm / 。 范围内。 5 . 3 . 8 试验过程要求 5 . 3 . 8 . 1 施加载荷时应平稳、 准确. 不得过载。 5 . 3 - 8 . 2 应详细记录试验过程中的异常现象。 5 . 3 . 8 . 3 应详细记录试验终止的形式和原因。 5 . 3 . 9 试验终止准则 在试验过程中 如遇下列情况之一时. 试验终止: 5 . 3 . 9 . 1 表面裂纹长度超过2 5 m m; 5 . 3 - 9 . 2 表面裂纹长度未达到 2 5 m m, 但要求的各应变范围水平的裂纹扩展速率已经获得; 5 . 3 - 9 . 3 试样试验部位的 表面出现疲劳龟裂或可见缺陷, 使裂
16、纹扩展速率无法获得; 5 . 3 . 9 . 4 各种原因造成的试验异常, 使表面裂纹扩展试验无法进行。 5 . 3 . 1 0 试验结果有效性评定 符合5 . 3 . 9 . 1 条, 5 . 3 . 9 . 2 条的试验结果有效. 而其他试 验结果无效。 5 . 3 . 1 1 试样数量 每组试验结果有效试样数量不少于 3个。 5 . 4 试验数据的处理与计算 5 . 4 . 1 绘制2 c -N 曲线 5 . 4 . 2 计算表面裂纹扩展速率d ( 2 c ) / d N 不同应变范围 水平的d ( Z c ) I d N按公式( 1 ) 计算: ( d ( 2 c )d N ( 2 c
17、 ) , 一 ( C c ) _ , ( 1 ) 种: 架) 一第 ; 级 应 蜕瞅叮的 d ( Z c ) I d N ; ( 2 c ) ,第 i 级应变范围水平下N: 循环次数的表面裂纹长度; N; 第 i 级应变范围水平下的循环次数 5 . 4 . 3 绘制 d ( 2 c ) / d N-0 c 7曲线 据不同应变范围水平的 d ( 2 c ) / d N绘制 d ( 2 c ) / d N-Qc ,曲线。 5 . 4 . 4 用最小二乘法求 d ( 2 c ) / d N-Ac ,曲线表达式 5 . 4 . 4 . 1 d ( 2 c ) / d N-Qc 7 关系可以用公式( 2
18、 ) 和公式( 3 ) 表示 : CB/ z 2 6 4 -9 8 一 d ( 2 c ) / d N = AA砰 一 Ig 糯 一 ,g A + B ig 一 式中A 待定系数; B待定系数。 I g Ls 7 对数应变范 围. d ( 2 )_, 。 一, ,、 、 。、.一 I g 不 N 盯狱表凹w X t ) 股迷平。 5 . 4 . 4 . 2 A和B的估计量按公式( 4 ) 公式( 8 ) 计算: 令 Y 一 Ig d ( 2 c ) .孟 , 一 X二I g pc T则 A=Y一B R 一 5 ( X一 X ) (Y , 一 Y ) 习 ( X一 X ) 2 二E ( Y ,/
19、 n ) X 二v( 戈 / 、 ) 畜. 1 盛 n 二艺in ; , . 1 式中: A待定系数I g A的估计量; B待定系数B的估 计量; P对数d ( 2 c ) AIN平均值; X对数C r 的平均值; Y 第i 个应变范围 水平下的对数d ( 2 c ) / d N; X ,第1 个应变范围水平; , :-Y , 值的总个数; K应变范围水平总数; In ; 第 i 个应变范围水平的d ( 2 c ) / d N值个数; 5 . 4 . 4 . 3 o 和Y ; 的估计按公式( 9 ) 、 公式( 1 0 ) 计算: 艺 ( Y 一1 ) : v = 上 竺一 一一 一一 n 一
20、 2 Y , 二A十A X , 式中: 护 对数d ( 2 c ) / d N方差的估计量; Y ; 第 i 个应变范围水平的对数 d ( 2 c ) / d N; Y 第i 个应变范围水平的对数d ( 2 c ) / d N的估计量: X第 i 个应变范围水平; . ,.二 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 6 ) , ,. . ” , 介 二“ ,. ( 7 ) “ , . “ . ( 8 ) : 。 。 。 。 ” ” 。 。 二“ . 一 ( 9 ) . . . . . . . . . . .
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