78· 工程科学学报，第40卷，第1期 进行减薄，电解液为体积分数4%高氯酸乙醇溶液 (Emh)im=-1;循环周期t=120s.所有实验都进 1.2试验方法 行至试样断裂后停止.同时，4C5 MoSiV1钢从室温 热机械疲劳实验采用的是美国计算机辅助控制 至7O0℃的杨氏模量采用日本RFDA MF型高温弹 100kN的TS@Landmark370.10型热机械疲劳电 性模量及内耗测试系统进行测定 液伺服试验机，该试验机的核心测试部分各主要部 750 1.00 温度 件如图2所示.该试验机采用10kW固态中频发射 700 机械应变(OP,中=180°) 0.75 器对试样标距部分进行加热，通过在试样标距范围 60 0.50 0.25 内点焊热电偶来实现温度的控制，温度控制精度可 600 达±3℃：通过轴向高温陶瓷引伸计来实现轴向拉 550 500 0.25 压机械应变控制，机械应变的控制精度可达 450 0.50 0.01%:通过压缩空气冷却试样标距部分并配合水 400 机械应变(P,中=0) -0.75 冷液压夹头对试样降温，本试验的具体原理、预实验 350 1.00 30 60 90 120 方法及应变控制的实现方式见参考文献[13]. 时间s 图3热机械疲劳实验波形图 Fig.3 Schematics of TMF test waveforms 感应线圈 试样 热电偶 高温引伸计 2结果与分析 压缩空气冷却装置 水冷液压夹具 2.1循环应力-应变滞后回线 图4是温度和机械应变同相及反相加载时 图2热机械疲劳电液伺服测试系统核心测试部分 Fig.2 Schematic of the central part of the TMF servo-hydraulic tes- 4Cr5 MoSiV1钢热机械疲劳循环第一周、第二周及半 ting system 寿命周的应力-应变滞后回线.从图4(a)可以看 出，在同相加载时，温度和机械应变同步变化，即在 相位角（中）是指作用于试样上的最大温度和最 机械应变达到最大值0.50%（最大拉应变）时温度 大机械应变的波形移位程度，用度（°）来表示.为了 为循环最高温度700℃：当机械应变降到最小值 便于参考，如果温度最大值领先于机械应变最大值， -0.50%(最大压应变)时温度为循环最低温度 则相位角为正(0≤中≤180)，否则相位角为负.由 400℃.对于反相条件下，如图4(b)所示，温度和机 于热作模具服役时复杂的外加载荷和温度变化的不 械应变变化相反，即在机械应变达到最大值0.50% 确定性，本实验采用热机械疲劳试验中最典型的温 (最大拉应变)时温度为最低温度400℃：当机械应 度和机械应变同相(in-phase,中=0，简称P)及反 变降到最小值-0.50%（最大压应变）时温度为最 相(out-of-phase,中=180°，简称0P)加载，如图3 高温度700℃. 所示.温度和机械应变的循环波形均为三角波；温 尽管采用的是拉压对称的机械应变控制，但滞 度循环范围为400~700℃，参考温度T。=550℃：机 后回线都出现明显的不对称，同相加载时，最大拉应 械应变幅△Erh/2=0.50%,应变比R.=(Emah)ms/ 力的绝对值小于最大压应力的绝对值，拉伸塑性应 (a) 400 写 800r ·第一周 ·第一周 700 ·第二周 ·第二周 600 ·半寿命周 200 ·半寿命周 500 加热 400 0.8 -0.6 0.4 02 4 0.60.8 冷却 300 -100 机械应变/% 200 -200 100 热 -300 冷却 0.8 0.6 0.2 70.40.60.8 机械应变/% -500 -300 600 -400 图4最初两周和半寿命的应力-应变滞后回线.(a)同相加载：(b)反相加载 Fig.4 Stress-strain hysteresis loops during initial two and half-life TMF cycle:(a)IP;(b)OP工程科学学报,第 40 卷,第 1 期 进行减薄,电解液为体积分数4%高氯酸乙醇溶液. 1郾 2 试验方法 热机械疲劳实验采用的是美国计算机辅助控制 100 kN 的 MTS 襆 Landmark 370郾 10 型热机械疲劳电 液伺服试验机,该试验机的核心测试部分各主要部 件如图 2 所示. 该试验机采用 10 kW 固态中频发射 器对试样标距部分进行加热,通过在试样标距范围 内点焊热电偶来实现温度的控制,温度控制精度可 达 依 3 益 ;通过轴向高温陶瓷引伸计来实现轴向拉 压机 械 应 变 控 制, 机 械 应 变 的 控 制 精 度 可 达 0郾 01% ;通过压缩空气冷却试样标距部分并配合水 冷液压夹头对试样降温,本试验的具体原理、预实验 方法及应变控制的实现方式见参考文献[13]. 图 2 热机械疲劳电液伺服测试系统核心测试部分 Fig. 2 Schematic of the central part of the TMF servo鄄hydraulic tes鄄 ting system 图 4 最初两周和半寿命的应力鄄鄄应变滞后回线 郾 (a) 同相加载;(b) 反相加载 Fig. 4 Stress鄄鄄strain hysteresis loops during initial two and half鄄life TMF cycle: (a) IP; (b) OP 相位角(准)是指作用于试样上的最大温度和最 大机械应变的波形移位程度,用度(毅)来表示. 为了 便于参考,如果温度最大值领先于机械应变最大值, 则相位角为正(0臆准臆180毅),否则相位角为负. 由 于热作模具服役时复杂的外加载荷和温度变化的不 确定性,本实验采用热机械疲劳试验中最典型的温 度和机械应变同相 (in鄄phase,准 = 0,简称 IP) 及反 相 (out鄄of鄄phase,准 = 180毅,简称 OP) 加载,如图 3 所示. 温度和机械应变的循环波形均为三角波;温 度循环范围为400 ~ 700 益 ,参考温度 T0 = 550 益 ;机 械应变幅 驻着mech / 2 = 0郾 50% ,应变比 R着 = (着mech ) max / (着mech ) min = - 1;循环周期 t = 120 s. 所有实验都进 行至试样断裂后停止. 同时,4Cr5MoSiV1 钢从室温 至 700 益的杨氏模量采用日本 RFDA MF 型高温弹 性模量及内耗测试系统进行测定. 图 3 热机械疲劳实验波形图 Fig. 3 Schematics of TMF test waveforms 2 结果与分析 2郾 1 循环应力鄄鄄应变滞后回线 图 4 是温度和机械应变同相及反相加载时 4Cr5MoSiV1 钢热机械疲劳循环第一周、第二周及半 寿命周的应力鄄鄄 应变滞后回线. 从图 4( a) 可以看 出,在同相加载时,温度和机械应变同步变化,即在 机械应变达到最大值 0郾 50% (最大拉应变) 时温度 为循环最高温度 700 益 ;当机械应变降到最小值 - 0郾 50% (最大压应变) 时温度为循环最低温度 400 益 . 对于反相条件下,如图 4(b)所示,温度和机 械应变变化相反,即在机械应变达到最大值 0郾 50% (最大拉应变) 时温度为最低温度 400 益 ;当机械应 变降到最小值 - 0郾 50% (最大压应变) 时温度为最 高温度 700 益 . 尽管采用的是拉压对称的机械应变控制,但滞 后回线都出现明显的不对称,同相加载时,最大拉应 力的绝对值小于最大压应力的绝对值,拉伸塑性应 ·78·