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金属拉伸蠕变及持久试验方法

Metallic materials—Creep and stress-rupture test in tension

1 范围

   本标准规定了金属拉伸蠕变及持久试验的适用范围、引用标准、试验原理、符号、术语及定义、试样、试验设备及仪器、试验、试验结果处理及试验报告。

   本标准方法适用于测定金属如下力学性能：

1. 稳态蠕变速率
2. 蠕变极限
3. 蠕变伸长率
4. 持久断裂时间
5. 持久强度极限
6. 持久断后伸长率及断面收缩率
7. 持久缺口敏感系数

2 引用标准

  下列标准所含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文，本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准均可能修订，本标准的使用者应探讨使用下列标准版本的可能性。

  GB8170-87数值修约规则

  GB10623-89金属力学性能试验术语

  JJG141-83工作用铂铑10-铂热电检定规程

  JJG276-88高温蠕变、持久强度试验机检定规程

  JJG351-84工作用镍铬-镍硅、镍铬-考铜热电偶检定规程

  JJG368-84工作用铜-康铜热电偶检定规程

3 试验原理

  将试样加热至规定温度，沿试样轴线方向施加拉伸力并保持恒定，将试样拉至规定变形量或断裂，测定其蠕变或持久性能。

4 符号、术语及定义

4.1本标准使用的符号见表1。

表1符号

4.2本标准使用的术语及定义如下：

4.2.1蠕变极限

  在规定温度下使试样在规定时间产生的蠕变伸长率（总伸长率或塑性伸长率）或稳态蠕变速率不超过规定值的zui大应力。

  当以伸长率测定蠕变极*，用表示；

  当以稳态蠕变速率测定蠕变极*，用表示。

4.2.2持久强度极度

  试样在规定温度下达到规定的试验时间而不产生断裂的zui大应力，用表示。

4.2.3持久断后伸长率

  持久试样断裂后，在室温下计算长度部分的增量与原始计算长度的百分比。用公式δ=计算。

  当标记标在计算长度之外时，则为原始标记长度的增量与原始计算长度的百分比，用公式δ=计算。

  注：对圆形横截面试样，与之差不应超过的10%；对矩形横截面试样，与之差不应超过的15%。

4.2.4持久断面收缩率

  持久试样断裂后，在室温下横截面积的zui大缩减量与原始横截面积的百分比，用公式

￠=计算。

4.2.5持久缺口敏感系数

  在缺口试样与光滑试样试验应力相同的条件下，持久断裂时间的比值；用Kσ表示，Kσ=。

  在缺口试样与光滑试样断裂时间相同的条件下，试验应力的比值，用Kτ表示，

Kτ=。

4.2.6与本标准有关的其他术语及定义见GB10623。

5 试样

5.1圆形横截面试样

5.1.1蠕变试样直径5mm~10mm，原始计算长度5d₀或10d₀（也可以采用12.5 d₀）。 

  推荐的标准蠕变试样见图1。

图1圆形横截面标准蠕变试样

5.1.2标准持久试样直径为5mm和10mm；原始计算长度分别为25mm和50mm，见图2和图3。

  注：为了准确地计算持久断后伸长率，可适当减小过渡圆弧半径。

5.3.3试样凸肩及头部的形状及尺寸可根据引伸计结构和拉杆型式确定。试样头部与计算长度之间应有过渡圆弧，对于圆形横截面试样，过渡圆弧半径应不小于直径的四分之一；对于矩形横截面试样，过渡圆弧半径应不小于宽度的四分之一。

5.3.4矩形横截面试样一般应保留原表面，如技术条件或双方协议另有要求，可磨光表面。

6试验设备及仪器

6.1试验机在使用范围内（5%—100%）力值相对误差应不大于±1.0%；示值相对变动度应不大于1.0%，试验机上下夹头拉杆之间的试验力同轴度应不超过15%。

6.2蠕变变形测量仪器的量小分度值应不大于1μm，误差一般应不大于总蠕变伸长的±1.0%。

6.3测温热电偶应符合JJG141、JJG351或JJG368中Ⅱ级热电偶要求。

6.4温度补偿系统应使热电偶冷端温度保持恒定，允许偏差在0.5℃之内。

6.5温度测量仪器的分辨率应在0.5℃之内，误差应不大于±1℃。

6.6温度控制及加热装置应保证在试验期间温度符合表3要求。

表3 试验温度的偏差和梯度                ℃

6.7加热炉均温区一般应不小于试样计算长度的1.5倍。

7试验

7.1试验室温度一般应保持在10℃～35℃之内；试验室应远离或隔离震源，室内严防震动。

7.2试验前应对试样表面及尺寸进行检查，试样表面不应有划伤或缺陷。试样的横截面尺寸应在计算长度内的两端及中部测量，在每处相互垂直方向上各侧一次，以计算的zui小横截面为准。测量试样截面尺寸的量具zui小分度值应不大于0.01mm。

7.3计算长度等于或小于50mm的试样，一般应在两端各固定一支热电偶，计算长度大于50mm的试样，应在两端及中部各固定一支热电偶。对于缺口试样，应有一支热电偶固定于缺口处。热电源工作端应紧贴试样表面，并应防止炉壁热辐射。

7.4对于蠕变试验，推荐使用双面变形测量装置，引伸计的结构和装卡应能真实地反映试样轴线方向的伸长，并应避免变形读数受室温变化和气流的影响。试验前用适当增量的力检查引伸计装卡质量，必要时对引伸计进行调整，使两侧变形读数的平均值与任一侧读数之差除以平均值的百分比不大于15%。

7.5试样在加热炉内不应受到非轴向力的作用。

7.6升温前，可对试样施加初始力，此力值应不大于总试验力的10%，且应力不超过10N/mm²。

7.7将试样加热至规定温度的时间一般为2h~8h，温度保持时间在1h~24h。在升温及保温期间，不应超过规定温度上限。对于升温及保温时间应做记录。

7.8达到保温时间后，平稳地施加试验力。对于蠕变试验，应将砝码分成适当级数，记录施加每级力的变形值，在力一伸长曲线上求得弹性变形及超始塑性变形值，见图7。

7.9建议对试验温度自动记录，温度测量间隔应保证在整个试验期间温度符合6.6条要求。

7.10蠕变变形的记录应保证明确地绘出蠕变曲线。

7.11试验中因故中途停试时，建议在试样上保持试验力。但应避免由于低温收缩而导致试样上的力超过规定值。当重新试验时，达到规定温度并保温度并保温后开始记录。

7.12建议试验累积时间用误差不大于±0.2%的计时器自动记录。

7.13达到规定时间时，对于不能采用分级加力记录变形的蠕变试验，卸除主试验力后要继续测量滞弹变形，直至基本回复为上，见图8。

7.14试验机应定期按JJG276进行检定，检定周期一般为一年，对于超过一年的长时间试验，应在试验结束时检定试验机。

7.15蠕变极限的测定

   在四个以上适当的应力水平进行等温蠕变试验，建议每个应力水平做出三个数据，在单对数或双对数坐标上用作图法或zui小二乘法绘制出应力-蠕变伸长率或应力-稳态蠕变速率关系曲线。用内插法或外推法求出蠕变极限。

7.16持久强度极限的测定

  在五个以上适当的应力水平进行等温持久试验，建议至少有三个应力水平每组做出三个数据，在单对数或双对数坐标上用作图法或zui小二乘法绘制出应力-断裂时间曲线。用内插法或外推法求出持久强度极限。

7.17蠕变或持久强度极限与温度的关系至少用三个温度确定。

7.18对只要求蠕变塑性伸长率的试验，可用“标记法”测定，但应保证测量误差在6.2条规定范围内。

8 试验结果处理

8.1当出现下列情况之一时，试验结果无效，应补做试验。试验结果满足材料技术条件要求时除外。

8.1.1试样断在标记上或计算长度之外。

8.1.2试样断口处有明显缺陷。

8.1.3温度超过规定范围上限或试样受力异常。

8.2持久断后伸长率及断面收缩率修约间隔为1%，修约方法按GB8170执行。

8.3对所采用的外推方法应详细地说明，外推出的稳态蠕变速率应不小于zui低蠕变速率的十分之一；外推出的时间应不大于zui长试验时间的十倍。外推时，对于材料在温度、应力及时间作用下的组织变化应予充分考虑。

9 试验报告

   试验报告应包括如下内容：

• 本国家标准号；
• 试验材料牌号、炉批号及规格；
• 试样尺寸、形状及编号；
• 试验温度；
• 试验应力；
• 试验结果；
• 外推方法；
• 试验日期；
• 试验中异常情况。