HB 7680-2000 金属材料高温疲劳裂纹扩展速率.试验方法.pdf

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1、中华人民共和国航空工业标准HB 7680 - 2000 金属材料高温疲劳裂纹扩展速率试验方法2000-09一20发布2001一01-01实施中国航空工业总公司批准HB 7680-2000 前言本标准是基于北京航空材料研究院自70年代以来，应用各种电位法测量高温疲劳裂纹扩展速率的研究结果，并参考了ASTM因47-95a中的电位法和600-9 土33 900-11 土44 1100-1200 士66 注:1 温度波动指实测温度与试验温度之差。2 温度梯度指试样计算*皮范围内任一辆间所有被测温度的最商与最低值之差。3 试验温度应包括对热电偶、补偿系统、测温仪器误差的修正。5.3.2 温度测量装置5.

2、3.2.1 温度测量的方法必须灵敏和可靠，以保证试样上温度波动和温度梯度满足表2的要求。5.3.2.2热电偶的校正应按刀G141和JJG351进行，热电偶在有效使用期内应保持使用稳定，试验周期内允许变动值按田5151的规定。5.3.2.3 混度测量系统和记录仪按HB5151的规定。5.4 高温裂纹长度电位法测量装置5.4.1 可采用直流电位法、脉冲电位法、翻转电位法中任何一种，推荐用微机控制的脉冲电位法。电位法测量裂纹长度的方法见附录A(提示的附录)。高温小裂纹长度测量方法见附录B(提示的附录)。5.4.2 裂纹长Jf测量技术必须能够测量横截面上沿厚度方向的平均裂纹长度，在试验温度下测量裂纹长

3、度的分辨率应不低于0.02mm。5.4.3 裂纹长度测量的准确性，用重复测量裂纹长度确定平均裂纹长度标准偏爱来表示。4 HB 7680-20 6试验程序6.1 试样尺寸测量6.1.1 用精度不低于0.02rnm的最具在试样的韧带区域三点处测量厚度B，取平均值。6. 1. 2 用精度不低于0.02rnm的量具在试祥裂纹所在截面附近测量宽度W。6.2试样安装6.2.1 对于cr试样，通过插入两个销钉，使试祥安装在试验机上，施加大约预期试验载荷10%。6.2.2 对于SEr叮T试样，通过螺纹将试样与夹具连接，施加大约预期试验载荷10%06.3 预制疲劳裂纹预制疲劳裂纹按GB/T6398 -1986中

4、5.2进行。6.4 热电偶安装测量试验温度的热电偶应固定在无裂纹轮廓区，裂纹平面上或距裂纹平面2-5rnm处，试样宽度大于5伽m时，推荐用多根热电偶。热电偶与试样应紧密地接触，防止直接热辐射，热区域可采用陶瓷绝缘器，防止短路。6.5 升温升温和试验过程中试验温度波动不允许超过表2的规定。到达试验温度后保温时间不少于0.5h。升温过程中，电位系统的电流应同时接通到试样上。6.6试验戴荷波形与频率的选定通常选定如下波形:正弦波、三角波、梯形波、单峰过载波形，试验频率和载荷保持时间可根据要求确定。6.7 疲劳裂纹扩展试验6.7.1 应保持载荷稳定和避免过载迟滞效应。6.7.2 按照技术要求，选定试验

5、频率并施加恒幅载荷、单峰过载或循环保持载荷中任意一种。6.7.3 隔一定时间记录载荷循环数和与之相对应的裂纹长度或电位。6.7.4试验中任点平均穿透疲劳裂纹与试样对称平面的偏离大于夕，此点数据无效。6.8 裂续长度测量6.8.1 用微机控制的脉冲电位法或其它方法测量疲劳裂纹长度，测量精度不低于0.02mm及(.002W中较大的一个。6.8.2 裂纹增量Aa的测量间隔，应使da/dN-AK数据点接近均匀分布。推荐测量间隔见表3。5 HB 7680 - 2000 表3试样类型测量范围裂纹增量!:J.a0.25 a 1W0.40 运0.04Wcr试样0.40O.60 三三0.01WSENT试样a I

6、WO.60 运O.01W6.8.3在任何情况下，最小的4应为0.25rnm或10倍于裂纹长度测量的精度，取两者中的较大值。6.9试样数量每组试验试样数量应不少于3个。7 试验结果的处理7.1 裂纹曲率的修正试验结束之后检验断口，如果裂纹前缘线条明显，则要确定裂纹前缘曲率范围。若需要进L. 1 3 行曲率修正，则至少在两个位置(例如预制裂纹和最终裂纹)测量沿厚度方向B、艺B、ZB三点处的裂纹长度，其平均值(平均裂纹长度)与试验记录的相应裂纹长度之差即为曲率修正量。在任何一个位置上，由平均裂纹长度计算出的应力强度因子和由试验裂纹长度计算出的应力强度因子相差大于5%.则需进行曲率修正。裂纹曲率修正量

7、不是一个恒量，当它随裂纹伸长而单调增加或减少时，则采用线性内插法修正中间各数据点。7.2疲劳裂纹扩展速率的确定7.2.1 割线法计算裂纹扩展的点到点的割线法技术是在a-N曲线上，按式(1)计算连接相邻两点的直线斜率。i击割刮)L2=叫(ai扑i+l-由于计算的daldN、v是G岛什1-a酌a线段上的平均速率，故平均裂纹长度;E;用来计算!:J.K。平均裂纹长度;按式(2)计算。E=t(aM+向)7.2.2 七点递增多项式法推荐用七点递增多项式进行局部拟合求导，以确定疲劳裂纹扩展速率和裂纹长度的拟合值。对任一试验数据点。)即前后各几点，共(2n+ 1)个连续数据点，采用如下二次多项式进6 HB

8、7680 - 2000 行拟合求导。点数n值可取2、3、4，一般取30N, - Ch . , ,N, - C, , = bo + b,( C, I) +仇(句f)2.(3)式中=Ni - C, - 1 :0;一亏了:0; + 1 C1=(NHn+NzJ C2=t(NHm-NS ) az n1.5-一一-_.l 。.S。0.2 因A4-一一一一-一一一_10.4 。.6a/W 0.8 SENT试样电位法标定曲线l 21 HB 7680-20 附录B(提示的附录)高温小裂纹长度测量Bl 范围本附录中给出了高温小裂纹试样形状与尺寸、裂纹长度测试方法和试验数据处理方法。B2 小裂纹长度测量方法本附录推

9、荐两种测量方法，根据具体情况，优选一种。a)直流电位法:建议使用直径大于0.15mm的镇络导线，所用电流源能提供1O-50A，噪音小于0.05%的长时稳定电流，电位计能测出初始200V中的0.2V变化，增益为104，这要求从2V到最终6V的过程中，能测出2mV的变化。b)长焦距显微镜法:如同室温下用读数显微镜观察长裂纹一样，以长焦距显微镜透过带观察窗的高温炉，测量高温下小裂纹长度。通常要配备计算机图象处理系统。B3 试样B3 .1 试样形状与尺寸在试样上制造一小尺寸切口诱导裂纹萌生，切口可用电火花或薄砂轮加工。为了消除机械加工的影响，预裂纹长度应至少两倍于切口尖端半径。有些小裂纹试祥几何形状在

10、裂纹萌生后不对称，如产生角裂纹，应特别注意减小试样的弯曲和扭转变形。推荐的小裂纹试祥如图B1所示。图B1(a)为圆柱形表面裂纹试样，这一形状有利于避免形成表面小裂纹和适用于大应力范围。图B1(b)为角裂纹试样，可通过电火花加工一小角裂纹，其优点是裂纹长度和深度可同时观察到。B3.2试样表面准备机加工引起的近表面残余应力和粗糙表面对裂纹扩展行为有影响，所以应在试验前加以消除，机加工后，应进行低应力研磨，表面抛光可通过电解或化学抛光，亦可用手工抛光，但应随后去除残余应力。B3.3应力水平和应力比对于许多材料，0.6倍的材料屈服强度将有助于相对较短时间内产生小裂纹，接近屈服强度的应力易产生多条裂纹，

11、分析时需考虑塑性变形，应力比对小裂纹起裂也有影响。B3 .4 电流输入输出试样的位置在小裂纹试样预制的人工缺口两侧各为两毫米处，焊上电流输入、输出导线和测量裂纹面电压的导线。如图B2所示。22 HB 7680 - 2000 B3.5 裂纹深度测量除了要测量裂纹的表面长度(2心)以外，计算裂纹的驱动力时，还需要裂纹形状，通常假设为半椭圆表面裂纹，但必须获得一些深度数据，这可通过一次拉断不同试验阶段的小裂纹试祥，测量断口得到。B4计算和说朋B4 .1 AK的计算许多小裂纹试验方法中假设裂纹为半椭圆形，应力强度因子范围一般表达式为:tJ( = Fj!:.;.J元7百. (Bl) 式中:!Jaj一一远

12、场均匀拉伸应力范围;Q一一椭圆积分;冉一一边界修正因子。具体计算方法见有关应力强度因子手册。注:裂纹形状的半椭圆假设适用于细晶和各向同性材料。在晶粒粗大或各向导性材料中，半椭圆假设与实际相关较大。B4.2 裂纹扩展速率计算测量误差使daldN的计算结果分散，如果裂纹长度测量问隔&减小，则测量误差对daldN的影响幡大;不同的数据处理方法也影响裂纹增长速率的分散度。在小裂纹测量中，裂纹扩展量&较小，扩展速率数据分散较大;推荐使用割线法计算daldN。B4 .3 电位与裂纹长度间的关系由于用电位法测量小裂纹长度时，除了需要高精度的电位计以外，如果电流输入输出试样的位置，由于操作原因，未能严格按照本

13、标准的图纸尺寸进行，则可以按照实际位置和下列公式重新讨鲜电位与裂纹长度的标定曲线。Roe-Cof直n半椭圆缺口解，裂纹深度为，长为纭，高为劫，当b= 0时，电位为2、1- ksinO 工土-乒乒丘之十E(晶，0)- Q v=v 回吧， . (B2) 式中:v，一-参考电位，mV;Lp一一电位测量点与裂纹商的距离，mm。E川2)=j:一作in22，则HB 7680-20 13 = a2 - b2 2 = c2 _ b2 k2=1- I).2 (B3) zt民乒主+J(坐吾与+铲. . . (因)如L+ Z2 13.则a = 斗三-1+J (斗三-1)+手如L+Z2 13.则2L/ =1-斗三+J(1+斗三)+乎. 24 (B5) (部)(B7) (B8) HB 7680 - 2000 立.编号24 80 I (.)表面裂纹试样因Bl高温疲劳小裂纹试样25 HB 7680-20 主-I预制I I (b)角裂纹试样图Bl高温疲劳小裂纹试样26 HB 7680 - 2000 (a)表面裂纹试样(b)角裂纹试样图B2高温疲劳小裂纹试样连接导线示意图27