球形试样热疲劳试验法和T-n-d值.pdf_大学文库

法，因此各种热疲劳试验的结果无法对比。概括起来，国内外的热疲劳试验方法有几类： (1)实物型的热疲劳试验1,3)试验结果仅作为定性对比的参考。 (2)Coffir型热疲劳试验r2)可以进行应力应变的定量分析，并可以研究应力应变和寿命的定量关系。 (3)热一机械疲劳迭加型1,8)热应力迭加机械应力，构成两种不同大小、不同相位的应力组合。 (4)热应力疲劳型利用试样本身的约束造成热应力疲劳破坏：4,8？。 (5)Uddeholm法它以一组标谁的龟裂的图相，区分热疲劳龟裂破坏的级别ra,7)。国内外对热疲劳性能试验方法不能统一，其根本原因：于现有的各种方法都有较明显的缺点。上述各种试验方法中，(1)试验费用大，也不能表示材料的性能，只能作对比分析。 (2),(3)试验是由外部约束造成的热应力疲劳，它和内约束造成的热疲劳破坏有区别。 (2)、(3)、(4)都以试样断裂或以主裂纹的长度作为热疲劳寿命的计算依据。它们不能反映大量存在的零件热疲劳龟裂的破坏形式。(5)试验方法能体现龟裂破坏的特点，但它只能作对比，不能定量说明材料的性能。作者研究了两维应力下材料的热疲劳破坏〔。)，得出结论：当材料受到二维热应力反复作用时，若01≈02，或塑性应变量1p≈e2p时会产生近于矩形的龟裂。若01≥1.502，或￡1。≥42，时，就会出现线型裂纹。作者根据此研究结果，拟定出一种新的热疲劳试验方法和试样，它使试样表面产生均匀的龟裂，并且可以定量的表示材料对疲芳龟裂破坏的抵抗能力。 1试验方法和试样作者设计了一种球形试样如图1。试样上部带有螺孔的圆柱体，是为了用一长杆支持圆球，以便于加热和冷却时操作方便，也是为了便于试样的加工。本试验法使上述球形试样受到均匀的加热，然后快速冷却，就可以在试样的表面形成均匀的热应力、热应变场。并且有： 01=02E1p=E2p 这样在交变的热应力作用下会产生均匀的表面龟裂。试验的基本要求是：首先把试样加热到预定温度，并使试样内部温度达到均匀。然后使试样快速冷却，并要求表面上每一点的冷却速度一致。然后再加热，再冷却，如此反复进行。在试验中使用管式电阻丝加热炉，使试样均匀地达到预定的温度。为了使试样表面快递而均匀地冷却，试用了3种冷却方式： (A):加热后的试样用图2的装置，在4个方向喷雾冷却。一个喷雾器放置于球的顶端，另外3个喷雾器放置在I-I平面内，互成120°角。 (B):用同样的装置，但不是用喷雾来冷却，而是用喷水来冷却。 (C):加热后的试样放人水中，并进行无规则的搅动，以使球的冷却均匀。对3种不同的材料：铸铁，T8钢（普通工具钢）、3Cr2W8V钢（合金工具钢）13个试 491

法，因此各种热疲劳试验的结果无法对比。概括起来，国内外的热疲劳试验方法有几类实物型的热疲劳试验〔 ‘ ’ “ ’ 试验结果仅作为定性对比的参考。型热疲劳试验〔 “ ’ 可以进行应力应变的定量分析，并可以研究应力应变和寿命的定量关系。热－机械疲劳迭加型〔 ‘ ’ “ ’ 热应力迭加机械应力，构成两种不同大小、不同相位的应力组合。〔热应力疲劳型利用试样本身的约束造成热应力疲劳破坏〔 ’ 〕。法它以一组标准的龟裂的图相，区分热疲劳龟裂破坏的级别〔 “ ’ ’ 。国内外对热疲劳性能试验方法不能统一，其根本原因在于现有的各种方法都有较明显的缺点。上述各种试验方法中，试验费用大，也不能表示材料的性能，只能作对比分析。〕，试验是由外部约束造成的热应力疲劳，它和内约束造成的热疲劳破坏有区别。、、都以试样断裂或以主裂纹的长度作为热疲劳寿命的计算依据。它们不能反映大量存在的零件热疲劳龟裂的破坏形式。试验方法能体现龟裂破坏的特点，但它只能作对比，不能定量说明材料的性能。作者研究了两维应力下材料的热疲劳破坏〔 “ ’ ，得出结论当材料受到二维热应力反复作用时，若『，、叮，或塑性应变量 “ ，、。，时会产生近于矩形的龟裂。若，工。，，或，， “ 时，就会出现线型裂纹。作者根据此研究结果，拟定出一种新的热疲劳试验方法和试样，它使试样表面产生均匀的龟裂，并且可以定量的表示材料对疲劳龟裂破坏的抵抗能力。试验方法和试样作者设计了一种球形试样如图。试样上部带有螺孔的圆柱体，是为了用一长杆支持圆球，以便于加热和冷却时操作方便，也是为了便于试样的加工。本试验法使上述球形试样受到均匀的加热，然后快速冷却，就可以在试样的表面形成均匀的热应力、热应变场。并且有么君￡这样在交变的热应力作用下会产生均匀的表面龟裂。试验的基本要求是首先把试样加热到预定温度，并使试样内部温度达到均匀。然后使试样快速冷却，并要求表面上每一点的冷却速度一致。然后再加热，再冷却，如此反复进行。在试验中使用管式电阻丝加热炉，使试样均匀地达到预定的温度。为了使试样表面快速而均匀地冷却，试用了种冷却方式加热后的试样用图的装置，在个方向喷雾冷却。一个喷雾器放置于球的顶端，另外个喷雾器放置在一平面内，互成 “ 角。用同样的装置，但不是用喷雾来冷却，而是用喷水来冷却。加热后的试样放入水中，并进行无规则的搅动，以使球的冷却均匀。对种不同的材料铸铁，钢普通工具钢、钢合金工具钢个试

均匀，在热应力疲劳300次以后，出现明显的在水流方向的线型裂纹，而没有出现龟裂。另有两个试样（材料为T8钢）在热应力循环450次以后未出现任何有裂纹的迹象。经研究发现此两个试样是加热到750℃后在喷雾冷却条件下进行的。而T8钢的再结晶温度为730℃。试样加热超过材料的再结晶温度以后，以前造成的疲劳损伤将会消除，因而虽经多次热疲劳而没有发生热疲劳破坏。以后又用另外两个T8钢试样，加热到650℃，同样是喷雾冷却，在400 次热循环以后，出现了很均匀的表面龟裂。铸铁、T8钢、3Cr2W8V钢3种材料在热疲劳后产生的表面龟裂的照片见图3。对3种材料进行的热疲劳试验的结果表明：在我们设计的球形试样上，只要试样在加热到预定温度后，能够均匀而快速地冷却，就能在试样表面得到较为理想的均匀龟裂场。因此，用球形试样来反映材料的热疲劳龟裂破坏是可行的。 2热疲劳性能的定量表示在试样上得到一个龟裂场以后，为了定量地表示材料抵抗热疲劳龟裂的能力，我们建议用3个量来表示：T一n一d。 T(℃)一加热温度也就是零部件的工作温度。显然在不同温度下进行热疲劳试验表现出的性能是不一样的。T值表示了材料的工作条件，应该在T值相同的条件下，比较n值和 d值才是有意义的。一一热疲劳次数使球形试样产生眼睛可见的龟裂纹所需要的热疲劳次数。对塑性材料来说，每进行100次热疲劳观察一次试样表面。对铸铁这样的脆性材料需要每50次热疲劳观察一次。由于龟裂形成到一定程度以后，龟裂消除了应力，龟裂的情况就稳定了(8)。因此判断龟裂发生的循环次数误差不会太大。显然值愈大，材料抵抗热疲劳龟裂的性能愈好。 (mm)一裂纹深度试验进行到眼晴可以见到试验表面的龟裂以后，取出试样。在试样端部的下半球面上切削出5个直径为10~12mm的平面。其中一个在球的端部，其余4个平面均匀分布在半球的其余表面，这些平面经过抛光后在显微镜下，可以清晰地看到裂纹向内部延伸的情况（图4）。每个平面都可以用显微镜测出最深的裂纹的顶部到球表面的距图4裂纹向内部延伸的情况图5di的确定 Fig.4 State of fractures streching in Fig.5 Determination of di 493

一均匀，在热应力疲劳次以后，出现明显的在水流方向的线型裂纹，而没有出现龟裂。另有两个试样材料为钢在热应力循环次以后未出现任何有裂纹的迹象。经研究发现此两个试样是加热到 ℃ 后在喷雾冷却条件下进行的。而钢的再结晶温度为 ℃ 。试样加热超过材料的再结晶温度以后，以前造成的疲劳损伤将会消除，因而虽经多次热疲劳而没有发生热疲劳破坏。以后又用另外两个钢试样，加热到 ℃ ，同样是喷雾冷却，在次热循环以后，出现了很均匀的表面龟裂。铸铁、钢、钢种材料在热疲劳后产生的表面龟裂的照片见图。对种材料进行的热疲劳试验的结果表明在我们设计的球形试样上，只要试样在加热到预定温度后，能够均匀而快速地冷却，就能在试样表面得到较为理想的均匀龟裂场。因此，用球形试样来反映材料的热疲劳龟裂破坏是可行的。热疲劳性能的定量表示在试样上得到一个龟裂场以后，为了定量地表示材料抵抗热疲劳龟裂的能力，我们建议用个量来表示一。一。 ℃ －加热温度也就是零部件的工作温度。显然在不同温度下进行热疲劳试验表现出的性能是不一样的。值表示了材料的工作条件，应该在值相同的条件下，比较 ” 值和值才是有意义的。 ” －热疲劳次数使球形试样产生眼睛可见的龟裂纹所需要的热疲劳次数。对塑性材料来说，每进行次热疲劳观察一次试样表面。对铸铁这样的脆性材料需要每次热疲劳观察一次。由于龟裂形成到一定程度以后，龟裂消除了应力，龟裂的情况就稳定了〔 “ 〕。因此判断龟裂发生的循环次数误差不会太大。显然。值愈大，材料抵抗热疲劳龟裂的性能愈好。－裂纹深度试验进行到眼睛可以见到试验表面的龟裂以后，取出试样。在试样端部的下半球面上切削出个直径为一的平面。其中一个在球的端部，其余个平面均匀分布在半球的其余表面，这些平面经过抛光后在显微镜下，可以清晰地看到裂纹向内部延伸的情况图。每个平面都可以用显微镜测出最深的裂纹的顶部到球表面咦的距图裂纹向内部延伸的情况图的确定