判别升降法数据是否合格的几点技巧及影响疲劳极限测试结果的因素

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判别升降法数据是否合格的几点技巧及影响疲劳极限测试结果的因素

第Ｚ８卷增２

Ｚ００８年１１月

冶金分析

Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ

Ａｎａｌｙｓｉｓ

Ｖ０１．Ｚ８，Ｓｕｐｐｌ．２

Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２００８

文章编号｝１０００一７５７１（２００８）增２—１６５９－－０３

判别升降法数据是否合格的几点技巧及

影响疲劳极限测试结果的因素

胡本润，刘建中

（北京航空材料研究院，北京１０００９５）

摘要：升降法是测定疲劳极限的主要方法，但标准方法中对升降法数据是否合格的判据比较

复杂，一般经验较少的试验人员很容易出现错误。本文中根据大量的实溅结果，归纳了几种升降法测试中的常见错误，并针对这些问题提出了几点技巧，利用这些技巧可以很简便地判别出升降法数据是否合格，具有较强的可操作性。同时本文根据多年的经验分析了测试过程中影响疲劳极限结果的几个因素，可供测试人员参考。关键词：升降法；疲劳极限；高周疲劳

中图分类号：Ｖ．２１５．６

文献标识码：Ａ

高周疲劳Ｓ－Ｎ曲线测试中，通常采用升降法测定疲劳极限ｕｑ］。这一方法首先预估一疲劳极限，在略高于预估疲劳极限的应力水平下进行疲劳试验，凡前一个试件未达到指定寿命发生破坏，则随后的一次试验就在低一级的最大应力下进行，凡前一个试件越出，则随后的一次试验就在高一级的最大应力下进行。直至完成全部试验为止。然后根据升降图，将相邻应力级的各数据点配成对子，配对时，从第一次出现相反结果的两个数据开始，对于第一次出现相反结果以前的数据，如在升降图的波动范围以内，则可作为有效数据加以利用。按照上述方法安排试验，当升降图。闭合“时，各数据点均可配对。闭合的条件是：根据有效数据的终点为越出或破坏，可设想在某一应力水平还存在一数据点，若该点与有效数据的起点位于同一应力水平上则表示闭合口＿］。当数据满足以上规定时升降法数据才能合格。从以上的描述中可以看出判定升降法数据是否合格的规定较为复杂，在实际操作中一般初学者难以把握，即使是比较有经验的试验人员有时也会在具体操作时发生错误。本文在多年大量实际工作的基础上，归纳了几种升降法测试疲劳极限中常见的错误，针对这些问题提出了判别数据是否封闭的几个小技巧，这些技巧比较简单便于掌握，非常适合实际操作。同时本文在大量实际经验的基础上分析了影响升降法测试结果的几个因素，供试验人员参考以提高试验精度。

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１升降法测试疲劳极限时几种典型的不“闭合＂情况及判别闭合的几个技巧

采用升降法测试疲劳极限的过程中，一般试验人员接试样断则升高一级应力，试样未断则提高一级应力的做法依次进行试验，当相邻的应力级数据点能配成５～６个对子后认为数据合格即停止试验，而往往忽略了数据还需要闭合这一条件，认为数据能配上对子数据就是闭合的。其实并不是这样，闭合的升降图各点都可以配上对子，但能配上对子的升降图不一定能闭合。以下给出在升降法试验中常出现的两种错误情况，如图１，图２所示。图１中试验人员依次进行试验，当出现如图所示的５对数据后即停止了试验。舍弃未配对的两个数据点后，作为升降法测试结果。但根据这５对数据无论怎样调整数据的先后顺序都画不出闭合的升降图，还需在第３级应力水平补做试验，ｄ３出现未断试样后升降图才能闭合。图２中对１４根试样进行了试验，试验完成后按图中所示配成了６个对子，舍弃了ｃ、ｄ两个数据点后作为疲劳极限的升降数据，按这６个对子的数据也无法画出闭合的升降图，但这一情况无需补做试验只需将ａ、ｂ配对的数据改为ａ、ｃ配对，将ｂ点舍弃即可构成完整的闭合升降图，这种情况只

是试验人员选择了不恰当的两个数据配对。由于

判断数据闭合的规则比较复杂，一般初学者比较

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冶金分析

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难以掌握，即使是具有多年操作经验的实验人员也偶尔会出现上面提到的类似错误。根据多年的经验本文总结了几点判别升降图闭合的技巧，掌握了这几个要点可以很容易的判断出数据是否闭合。

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圈１升降法不闭合数据事例１

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田２升降法不闭合数据事例２

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这一技巧是：配好对子的数据只有满足以下要求即可：（１）最高一级应力水平下的数据必须全部为断；（２）最低一级应力水平的数据必须全部为未断（越出），（３）中间各级应力水平的数据必须既有断的数据也要有未断的数据，如果中间某级应力水平的数据为全部断或全部不断则数据不满足要求必须补做试验。

采用以上几点要求来分析图１、图２中的数据可以看出，图１的数据在０３应力水平下的数据为全部为断裂不满足第（３）条的要求，数据无法闭合，需要在口３应力水平下补做试验，如试验结果为未断则升降数据才能满足要求。图２中在最低应力水平ａ４上出现了断裂试样，这样的结果不能满足闭合要求（２），因此需要查找原因，将ａ、ｂ配对改为ａ、ｃ配对，这样最低应力水平的配对数据全部为未断，即可满足要求。这几个判别要点与升降法闭合定义的规定相比较为直观、简单，配好对子的数据很容易检查出是否满足闭合要求，具有较强的可操作性。

２影响升降法测试结果的几个因素

２．Ｉ应力增量的选择

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在标准中建议升降法的各级应力增量选择在预估疲劳极限的５％左右。在实际操作中发现如果应力增量选择得偏大，则试验的级数不宜选择得过多，否则置信度较难满足要求。如果应力增量选择得较小很容易在试验初期浪费较多的时间和试样，例如：第一根试样断裂后。如应力增量选择得过小，则容易发生连续降３、４级试样仍不出现未断的情况，或第一根试样未断连续升高数级应力试样仍不断的情况，一旦发生这种情况会造成试验时间和试样数量浪费很大（如疲劳极限为１０７，一根未断试样则需要２３～２７ｈ的连续试验）。

２．２应力水平的选择

金属材料在一定应力水平的范围内一般都会出现同一应力水平试验有的试样在１０７循环以前断有的到１０７循环仍不断的现象，不同的材料这个范围的大小不同，为叙述方便本文中将这一范围称作“材料固有范围”。根据经验铝合金这一范围较窄，钛合金、钢材料这一范围较宽。升降法选

择的几级应力水平是包含在这个范围之间的，但不能完全覆盖整个范围，如图３所示。因此升降法试验时选择的应力水平会直接影响到材料疲劳极限的高低。

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圈３升降法测试范围与材料“固有范围”的关系

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在实际试验时有时会出现对一种材料不同的试验人员分别进行升降法疲劳极限测试，而测试结果却相差５％～１０％的情况。这一现象在铝合金测试中比较少见，在钛合金和钢的测试中出现得较多，其主要原因是应力水平的选择，有的试验人员选择得应力水平偏高，有的试验人员选择的应力水平偏低。铝合金由于“固有范围”较窄，因丽丹降法测试产生的差异较小。而钛合金和钢的“固有范围”较宽，虽然升降法数据完全满足标准要求但如果选择的应力范围位于“固有范围”的

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上端如图３所示，则测试极限偏高。如选择的应力范围位于“固有范围”的下端则测试的疲劳极限偏低。以下是对某种材料采用两种应力水平获得的升降法数据，如图４（ａ）（ｂ）所示。按（ａ）图中的升降法数据计算得到的疲劳极限为２７１ＭＰａ，按（ｂ）图中升降法数据计算得到的疲劳极限为２５３，二者相差约７％。因此在疲劳极限测试中试验人员应注意，如果最高一级应力上的断裂试样较多可能测试的极限略偏高。

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结论

本文根据多年实际经验，总结了升降法测定

疲劳极限中的常见问题并提出了相应的解决方法，同时还分析了影响升降法测试结果的几个主

要因素，得到如下结论：

（１）判别升降法数据是否闭合。可以采用本文中推荐的简便判别法；

（２）升降法测试中应力增量的选择对试验结果的置信度和测试时间有一定影响；

（３）升降法测试中应力水平的选择会对疲劳极限的结果产生５％～１０％的差异。

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