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蠕變(潛變)測試

蠕變測試(有時也稱為應力鬆弛測試)是一種破壞性材料測試方法,用於測定材料的長期強度和耐熱性。 進行蠕變測試時,試樣會長時間處於高溫條件下,並承受恆定的拉伸力或拉伸應力。 就持續時間而言,短期測試可達10,000 小時,長期測試則從約 10,000 小時開始

蠕變測試的目的是預測材料在特定操作條件下的壽命。 為了根據不同的標準要求進行蠕變測試,ZwickRoell 提供多款高精度的蠕變試驗機

蠕變定義 特徵值 蠕變強度 蠕變測試的 3 個階段 測試類型總覽 試樣形狀 相關標準 試驗機 FAQS

蠕變是什麼意思?

蠕變是用於說明材料在長時間內發生塑性形變的術語。 長時間內承受即使偏小負載並處於高溫條件下,也會導致金屬、陶瓷、塑膠等材料的永久形變。

以下因素會顯著影響蠕變特性:

  • 負載程度,
  • 溫度水平,以及
  • 施加負載的持續時間。

蠕變測試可測定哪些特徵值?

  • 斷裂時間
  • 永久應變
  • 蠕變破裂應變
  • 蠕變破裂頸縮
  • 蠕動極限時間
  • 應變極限時間(降伏點)
  • 蠕變模量(應力與應變之比,與加載持續時間的函數關係)
  • 蠕變應力
  • 蠕變應變
  • 應力鬆弛

什麼是蠕變應力?

蠕變強度可顯示材料在特定操作條件下的使用壽命。 它提供能夠讓材料在特定時間內,保持於恆定溫度下變弱的機械應力值。 該值透過蠕變測試所測得,對於材料在各種應用中的使用至關重要。航太零件和引擎零件即使承受巨大負載,也僅能發生極小的形變。一個組件若經歷過蠕變應變,即使移除負載後也無法恢復原來的形狀。 材料若長期承受過大的應力,就會出現裂紋和斷裂。

蠕變測試的 3 個階段

蠕變測試分為 3 個階段:初始蠕變、次級蠕變和三次蠕變。 蠕變曲線提供特定時間內的蠕變行為資訊。

初始蠕變階段,由於塑性形變,材料的機械強度增加,蠕變速度隨後降低。

隨著應變和測試持續時間的增加,逐漸開始出現硬化和軟化現象。此階段的特徵是蠕變速度保持不變,稱為次級蠕變階段

在三次蠕變階段,材料的破壞會導致蠕變速度大幅增加,最終導致試樣斷裂。 以材料的使用壽命來衡量,三次蠕變階段僅持續很短一段時間。 次級蠕變佔總使用壽命的最大部分。

常見試樣形狀

  • 末端帶螺紋的圓形試樣
  • 末端帶螺紋和鋒利邊緣的圓形試樣
  • 末端帶螺紋的缺口圓形試樣
  • 帶鈕扣頭和孔的扁平試樣
  • 帶鈕扣頭和鋒利邊緣的扁平試樣
  • 管段試樣
  • CT試片

金屬蠕變測試相關標準

金屬和塑膠產業別的一系列 ISO 標準ASTM 標準,規定了蠕變測試的要求和性能。

  • ISO 204 金屬材料 – 拉伸單軸蠕變測試
  • ASTM E139 對金屬材料進行蠕變、蠕變破裂和應力破裂測試的標準測試方法
  • EN 2002-005 金屬材料測試方法 - 第 005 部分: 不間斷蠕變和應力破裂測試
  • ASTM E328 對材料和結構進行應力鬆弛的標準測試方法
  • ISO 15630-3 鋼筋和預應力混凝土用鋼 - 測試方法
  • ASTM G129 評估金屬材料對環境輔助斷裂敏感性的慢應變速率測試標準規範
  • ASTM F519 評估電鍍/塗覆工藝與操作環境的機械氫脆的標準測試方法
  • ASTM F1624 用增量階段加載技術測量鋼中氫脆閾值的標準測試方法
  • ASTM E1457 測量金屬蠕變裂紋延展時間的標準測試方法
  • ASTM E2760 蠕變疲勞裂紋延展測試的標準測試方法
  • ASTM E647 測量疲勞裂紋延展速率的標準測試方法
  • ASTM E2714 蠕變疲勞測試的標準測試方法
  • ASTM E606 應變控制疲勞測試的標準測試方法
  • ISO 12106金屬材料 - 疲勞測試 - 軸向應變控制法
  • 經驗證的實務守則 用於應變控制熱機械疲勞測試
  • ISO 12111 金屬材料 - 疲勞測試 - 應變控制的熱機械疲勞測試方法
  • ASTM E2368應變控制的熱機械疲勞測試的標準規範

塑膠蠕變測試相關標準

  • ISO 899-1 蠕變性能的測定 — Part 1:拉伸蠕變
  • ISO 899-2 蠕變性能的測定 — Part 2: 三點加載產生的彎曲蠕變
  • ASTM D2990 塑膠拉伸、壓縮、彎曲蠕變和蠕變破裂的標準測試方法
  • ISO 16770 聚乙烯環境應力斷裂(ESC)的測定 – 全切口蠕變測試 (FNCT)
  • ISO 3384-1 硫化橡膠或熱塑性 – 壓縮應力鬆弛的測定

適合用於蠕變測試的材料試驗機

有關蠕變測試的常見問題

蠕變測試是一種破壞性材料測試方法,用於測定材料的長期強度和耐熱性。 進行蠕變測試時,試樣會長時間處於高溫條件下,並承受恆定的拉伸力或拉伸應力。

蠕變測試的目的是預測材料在特定操作條件下的壽命。

對於蠕變測試而言,試樣會長時間處於高溫條件下,並承受恆定的拉伸力或拉伸應力。 就持續時間而言,短期測試可達約 10,000 小時,長期測試則從約 10,000 小時開始起算。

為了進行這些測試,我們則使用蠕變試驗機。測試軸配有拉伸試樣夾具,可固定試樣使其不滑脫。 根據不同的要求和測試,可使用不同的加熱系統模擬不同的環境溫度。

金屬和塑膠產業的一系列 ISO 和 ASTM 標準,規定蠕變測試(有時也稱為應力鬆弛測試)的要求和性能。

蠕變是用於說明材料在長時間內發生塑性形變的術語。 長時間內承受即使偏小負載並處於高溫條件下,也會導致金屬、陶瓷、塑膠等材料的永久形變。

顯著影響因素:

  • 負載程度,
  • 溫度水平,以及
  • 施加負載的持續時間。

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