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金屬拉伸蠕變及持久試驗方法

Metallic materials—Creep and stress-rupture test in tension

1 范圍

   本標準規定了金屬拉伸蠕變及持久試驗的適用范圍、引用標準、試驗原理、符號、術語及定義、試樣、試驗設備及儀器、試驗、試驗結果處理及試驗報告。

   本標準方法適用于測定金屬如下力學性能：

1. 穩態蠕變速率
2. 蠕變極限
3. 蠕變伸長率
4. 持久斷裂時間
5. 持久強度極限
6. 持久斷后伸長率及斷面收縮率
7. 持久缺口敏感系數

2 引用標準

  下列標準所含的條文，通過在本標準中引用而構成本標準的條文，本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準均可能修訂，本標準的使用者應探討使用下列標準版本的可能性。

  GB8170-87數值修約規則

  GB10623-89金屬力學性能試驗術語

  JJG141-83工作用鉑銠10-鉑熱電檢定規程

  JJG276-88高溫蠕變、持久強度試驗機檢定規程

  JJG351-84工作用鎳鉻-鎳硅、鎳鉻-考銅熱電偶檢定規程

  JJG368-84工作用銅-康銅熱電偶檢定規程

3 試驗原理

  將試樣加熱至規定溫度，沿試樣軸線方向施加拉伸力并保持恒定，將試樣拉至規定變形量或斷裂，測定其蠕變或持久性能。

4 符號、術語及定義

4.1本標準使用的符號見表1。

表1符號

4.2本標準使用的術語及定義如下：

4.2.1蠕變極限

  在規定溫度下使試樣在規定時間產生的蠕變伸長率（總伸長率或塑性伸長率）或穩態蠕變速率不超過規定值的zui大應力。

  當以伸長率測定蠕變極*，用表示；

  當以穩態蠕變速率測定蠕變極*，用表示。

4.2.2持久強度極度

  試樣在規定溫度下達到規定的試驗時間而不產生斷裂的zui大應力，用表示。

4.2.3持久斷后伸長率

  持久試樣斷裂后，在室溫下計算長度部分的增量與原始計算長度的百分比。用公式δ=計算。

  當標記標在計算長度之外時，則為原始標記長度的增量與原始計算長度的百分比，用公式δ=計算。

  注：對圓形橫截面試樣，與之差不應超過的10%；對矩形橫截面試樣，與之差不應超過的15%。

4.2.4持久斷面收縮率

  持久試樣斷裂后，在室溫下橫截面積的zui大縮減量與原始橫截面積的百分比，用公式

￠=計算。

4.2.5持久缺口敏感系數

  在缺口試樣與光滑試樣試驗應力相同的條件下，持久斷裂時間的比值；用Kσ表示，Kσ=。

  在缺口試樣與光滑試樣斷裂時間相同的條件下，試驗應力的比值，用Kτ表示，

Kτ=。

4.2.6與本標準有關的其他術語及定義見GB10623。

5 試樣

5.1圓形橫截面試樣

5.1.1蠕變試樣直徑5mm~10mm，原始計算長度5d₀或10d₀（也可以采用12.5 d₀）。 

  推薦的標準蠕變試樣見圖1。

圖1圓形橫截面標準蠕變試樣

5.1.2標準持久試樣直徑為5mm和10mm；原始計算長度分別為25mm和50mm，見圖2和圖3。

  注：為了準確地計算持久斷后伸長率，可適當減小過渡圓弧半徑。

5.3.3試樣凸肩及頭部的形狀及尺寸可根據引伸計結構和拉桿型式確定。試樣頭部與計算長度之間應有過渡圓弧，對于圓形橫截面試樣，過渡圓弧半徑應不小于直徑的四分之一；對于矩形橫截面試樣，過渡圓弧半徑應不小于寬度的四分之一。

5.3.4矩形橫截面試樣一般應保留原表面，如技術條件或雙方協議另有要求，可磨光表面。

6試驗設備及儀器

6.1試驗機在使用范圍內（5%—100%）力值相對誤差應不大于±1.0%；示值相對變動度應不大于1.0%，試驗機上下夾頭拉桿之間的試驗力同軸度應不超過15%。

6.2蠕變變形測量儀器的量小分度值應不大于1μm，誤差一般應不大于總蠕變伸長的±1.0%。

6.3測溫熱電偶應符合JJG141、JJG351或JJG368中Ⅱ級熱電偶要求。

6.4溫度補償系統應使熱電偶冷端溫度保持恒定，允許偏差在0.5℃之內。

6.5溫度測量儀器的分辨率應在0.5℃之內，誤差應不大于±1℃。

6.6溫度控制及加熱裝置應保證在試驗期間溫度符合表3要求。

表3 試驗溫度的偏差和梯度                ℃

6.7加熱爐均溫區一般應不小于試樣計算長度的1.5倍。

7試驗

7.1試驗室溫度一般應保持在10℃～35℃之內；試驗室應遠離或隔離震源，室內嚴防震動。

7.2試驗前應對試樣表面及尺寸進行檢查，試樣表面不應有劃傷或缺陷。試樣的橫截面尺寸應在計算長度內的兩端及中部測量，在每處相互垂直方向上各側一次，以計算的zui小橫截面為準。測量試樣截面尺寸的量具zui小分度值應不大于0.01mm。

7.3計算長度等于或小于50mm的試樣，一般應在兩端各固定一支熱電偶，計算長度大于50mm的試樣，應在兩端及中部各固定一支熱電偶。對于缺口試樣，應有一支熱電偶固定于缺口處。熱電源工作端應緊貼試樣表面，并應防止爐壁熱輻射。

7.4對于蠕變試驗，推薦使用雙面變形測量裝置，引伸計的結構和裝卡應能真實地反映試樣軸線方向的伸長，并應避免變形讀數受室溫變化和氣流的影響。試驗前用適當增量的力檢查引伸計裝卡質量，必要時對引伸計進行調整，使兩側變形讀數的平均值與任一側讀數之差除以平均值的百分比不大于15%。

7.5試樣在加熱爐內不應受到非軸向力的作用。

7.6升溫前，可對試樣施加初始力，此力值應不大于總試驗力的10%，且應力不超過10N/mm²。

7.7將試樣加熱至規定溫度的時間一般為2h~8h，溫度保持時間在1h~24h。在升溫及保溫期間，不應超過規定溫度上限。對于升溫及保溫時間應做記錄。

7.8達到保溫時間后，平穩地施加試驗力。對于蠕變試驗，應將砝碼分成適當級數，記錄施加每級力的變形值，在力一伸長曲線上求得彈性變形及超始塑性變形值，見圖7。

7.9建議對試驗溫度自動記錄，溫度測量間隔應保證在整個試驗期間溫度符合6.6條要求。

7.10蠕變變形的記錄應保證明確地繪出蠕變曲線。

7.11試驗中因故中途停試時，建議在試樣上保持試驗力。但應避免由于低溫收縮而導致試樣上的力超過規定值。當重新試驗時，達到規定溫度并保溫度并保溫后開始記錄。

7.12建議試驗累積時間用誤差不大于±0.2%的計時器自動記錄。

7.13達到規定時間時，對于不能采用分級加力記錄變形的蠕變試驗，卸除主試驗力后要繼續測量滯彈變形，直至基本回復為上，見圖8。

7.14試驗機應定期按JJG276進行檢定，檢定周期一般為一年，對于超過一年的長時間試驗，應在試驗結束時檢定試驗機。

7.15蠕變極限的測定

   在四個以上適當的應力水平進行等溫蠕變試驗，建議每個應力水平做出三個數據，在單對數或雙對數坐標上用作圖法或zui小二乘法繪制出應力-蠕變伸長率或應力-穩態蠕變速率關系曲線。用內插法或外推法求出蠕變極限。

7.16持久強度極限的測定

  在五個以上適當的應力水平進行等溫持久試驗，建議至少有三個應力水平每組做出三個數據，在單對數或雙對數坐標上用作圖法或zui小二乘法繪制出應力-斷裂時間曲線。用內插法或外推法求出持久強度極限。

7.17蠕變或持久強度極限與溫度的關系至少用三個溫度確定。

7.18對只要求蠕變塑性伸長率的試驗，可用“標記法”測定，但應保證測量誤差在6.2條規定范圍內。

8 試驗結果處理

8.1當出現下列情況之一時，試驗結果無效，應補做試驗。試驗結果滿足材料技術條件要求時除外。

8.1.1試樣斷在標記上或計算長度之外。

8.1.2試樣斷口處有明顯缺陷。

8.1.3溫度超過規定范圍上限或試樣受力異常。

8.2持久斷后伸長率及斷面收縮率修約間隔為1%，修約方法按GB8170執行。

8.3對所采用的外推方法應詳細地說明，外推出的穩態蠕變速率應不小于zui低蠕變速率的十分之一；外推出的時間應不大于zui長試驗時間的十倍。外推時，對于材料在溫度、應力及時間作用下的組織變化應予充分考慮。

9 試驗報告

   試驗報告應包括如下內容：

• 本國家標準號；
• 試驗材料牌號、爐批號及規格；
• 試樣尺寸、形狀及編號；
• 試驗溫度；
• 試驗應力；
• 試驗結果；
• 外推方法；
• 試驗日期；
• 試驗中異常情況。