GB/T 43896-2024 金属材料 超高周疲劳 超声疲劳试验方法

ICS7704010

CCSH.22.

中华人民共和国国家标准

GB/T43896—2024

金属材料超高周疲劳

超声疲劳试验方法

Metallicmaterials—Veryhighcyclefatigue—

Ultrasonicfatiguetestmethod

2024-04-25发布2024-11-01实施

国家市场监督管理总局发布

国家标准化管理委员会

GB/T43896—2024

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

符号和说明

4………………1

原理

5………………………2

试样

6………………………3

试验装置

7…………………7

试验步骤

8…………………9

试验报告

9…………………10

附录资料性超声疲劳试样的设计

A()…………………12

附录资料性不同形状超声疲劳试样的应力控制方法

B()……………17

参考文献

……………………19

Ⅰ

GB/T43896—2024

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由中国钢铁工业协会提出

。

本文件由全国钢标准化技术委员会归口

(SAC/TC183)。

本文件起草单位宝山钢铁股份有限公司四川大学冶金工业信息标准研究院钢铁研究总院有限

:、、、

公司苏州迈达检测科技有限公司中国科学院力学研究所华东理工大学国家能源集团新能源技术研

、、、、

究院有限公司成都美创途科技有限公司浙大城市学院深圳信测标准技术服务股份有限公司浙江省

、、、、

特种设备科学研究院山东骏程金属科技有限公司中国海洋大学浙江吉森金属科技有限公司

、、、。

本文件主要起草人彭文杰孙成奇王清远吴圣川刘冬朱明亮董莉王宠尉文超周冶东

:、、、、、、、、、、

杜晋峰谢卿李荣锋夏立轩福贞高怡斐方健侯慧宁孙谱崔洪芝秦斌杜丽影武晓雷温建锋

、、、、、、、、、、、、、、

刘永杰李文凯乔湛时捷傅军平李洪光崔中雨

、、、、、、。

Ⅲ

GB/T43896—2024

引言

随着工业技术的发展一些工程中的部件例如发动机部件汽车承载部件铁路轮轴和轨道飞机

,,、、、、

桥梁和特殊医疗设备等承受循环载荷实际服役寿命都超过了7周次甚至高达9周次近年

,,10,10。

来超高周次承载部件越来越多金属材料超高周疲劳测试需求与日俱增超声疲劳试验方法是完成超

,,,

高周疲劳的有效手段之一相比高周疲劳超声疲劳由于试验频率大幅提高试样尺寸设计应力控制

。,,、

等都和高周疲劳不同已不适宜采用高周疲劳试验方法

,。

超声疲劳试验因其超高工作频率而具备以下特点

:

加速疲劳试验大幅缩短疲劳试验周期

———,;

可对零部件结构的金属材料进行超高周次例如8周次9周次甚至10周次疲劳试验

———/(10、1010)。

Ⅳ

GB/T43896—2024

金属材料超高周疲劳

超声疲劳试验方法

1范围

本文件规定了室温下金属材料超高周疲劳超声疲劳试验方法的试样试验装置试验步骤及试验

、、

报告

。

本文件适用于试验频率在单端轴向受激振动应力比R的超高周疲劳

20000Hz±500Hz、、=-1

试验

。

其他应力比或超声谐振频率的疲劳试验可参照本方法相应的试样需要单独设计与验证

,。

本文件不包含缺口试样但本文件中描述的疲劳试验过程可应用于缺口试样的超高周疲劳试验

,。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

。,

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

,;,()

本文件

。

镍铬镍硅热电偶丝

GB/T2614-

金属材料疲劳试验轴向力控制方法

GB/T3075

无损检测弹性模量和泊松比的超声测量方法

GB/T38897

线位移传感器校准规范

JJF1305

电阻应变仪

JJG623

工作用辐射温度计

JJG856

3术语和定义

界定的以及下列术语和定义适用于本文件

GB/T3075。

31

.

超高周疲劳veryhighcyclefatigue

循环周次大于7的疲劳

10。

32

.

超声疲劳试验ultrasonicfatiguetest

在超声谐振频率下施加循环应力的疲劳试验

。

33

.

超声疲劳试样ultrasonicfatiguespecimen

满足超声频率谐振要求的疲劳试样

。

4符号和说明

本文件使用的符号和相应的说明见表

1。

1

GB/T43896—2024

表1符号和说明

符号说明单位

b板状试样最小宽度不含平行段或平行段宽度

0()mm

b板状试样端部的宽度

1mm

c谐振波在材料中的传播速度cEρ1/2

,=(d/)km/s

D圆形试样最小直径不含平行段或平行段直径

0()mm

D圆形试样端部直径

1mm

E动态弹性模量测量方法参见

d,GB/T38897GPa

f谐振频率

Hz

L试样的变截面段长度试样具有不同测试直径或宽度的长度

b,mm

L试样的端部长度

dmm

L试样的平行段长度试样具有相同测试直径或宽度的长度

p,mm

L试样有效长度

zmm

l试样变截面段长度的一半lL

b,b=b/2mm

l试样端部长度的一半lL

d,d=d/2mm

l试样平行段长度的一半lL

p,p=p/2mm

l试样有效长度的一半lL

z,z=z/2mm

r试样的过渡弧半径

mm

t板状试样的厚度

mm

U试样端部振动位移幅值

0μm

σ试样中间截面应力幅值

aMPa

ρ密度3

g/cm

ω角频率ωf

,=2πHz

5原理

超声疲劳试验采用超声发生器产生的电信号压电陶瓷换能器将电信号转换成相同频

20000Hz,

率的机械振动经位移放大器放大后传递至试样在试样中产生谐振波使试样获得频率约为

,,,20000Hz

按正弦波变化的轴向位移和应力见图

,1。

2

GB/T43896—2024

标引序号说明

:

工控机位移放大器

1———;4———;

超声发生器超声疲劳试样

2———;5———;

压电换能器超声疲劳试样端部

3———;6———。

a试样轴向应力分布

。

b试样轴向位移分布

。

图1超声疲劳试验原理示意图

6试样

61试样尺寸设计

.

611试样尺寸的理论设计

..

超声疲劳试验常用的试样类型有漏斗形等截面圆形和板状设计超声疲劳试样尺寸时尺寸组合

、。,

应满足试验系统谐振频率为的谐振条件否则试样将不能起振试验无法进行设计试样尺

20000Hz,,。

寸之前应先根据确定材料的动态弹性模量再根据材料的密度和不同形状试样的几何尺

GB/T38897,

寸理论公式计算满足试验谐振频率的端部长度值见附录

,A。

注1为了保证设计的超声疲劳试样能正常起振动态弹性模量测试设备的准确度需优于级

:,2。

注2在进行高温超声疲劳试验时设计试样尺寸用对应温度下的动态弹性模量值和密度值进行计算

:,。

612试样尺寸的有限元方法设计

..

除了利用理论公式设计试样尺寸还可采用有限元方法根据试样的几何形状和尺寸建立有限元

,。

网格模型通过调整试样尺寸进行模态计算直至计算得到的谐振频率在44

,,1.98×10Hz~2.02×10Hz

范围内计算流程如图所示

,2。

3

GB/T43896—2024

图2基于有限元方法的超声疲劳试样设计流程

62试样的形状和尺寸

.

621试样要求

..

试验所用同一批试样应具有相同的形状尺寸和表面状态试样类型包括等截面圆形试样漏斗形

、。、

试样和板状试样

。

622等截面圆形试样

..

等截面圆形试样为中间含光滑平行段的圆形截面试样如图所示等截面圆形试样有一段等截

,3。

面工作段适用于含明显缺陷如夹杂缩孔的金属材料此外还可应用于表面处理工艺对疲劳性能的

,(、),,

影响研究

。

单位为毫米

注垂直度要求适用于对中的夹持部分

:。

图3等截面圆形试样

4

GB/T43896—2024

623漏斗形试样

..

漏斗形试样如图所示等截面圆形试样和漏斗形试样统称圆形试样推荐圆形试样的几何尺寸

4。,

如表所示

2。

注1等截面圆形试样或等截面板状试样在等截面区域近似承受等应力而漏斗形试样在最小横截面附近的小体积

:,

区域受力因此产生的疲劳结果可能不代表大块材料的响应见参考文献特别是在超高周疲劳状态

。,,[3],

下夹杂物控制高硬度金属的行为裂纹萌生从试样表面转到内部或次表面见参考文献由于漏斗形试

,,