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蠕变试验

蠕变试验(在某些情况下也称为应力松弛试验)是一种破坏性材料测试方法,用于测定材料的长期强度和耐热性。在进行蠕变试验时,试样需长时间暴露在升温条件下,并承受恒定拉伸力或拉伸应力。根据持续时间进行以下区分:最高10,000小时的试验为短时间试验,10,000小时开始的试验为长时间试验。

蠕变试验的目的是预测材料在特定运行条件下的寿命。为了根据不同的标准要求进行蠕变试验,ZwickRoell提供高精度蠕变试验机

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蠕变是什么意思?

蠕变是用于描述材料在长时间内塑性变形的术语。即使是在很长一段时间内的较小载荷和高温条件下也会导致金属、陶瓷、塑料等材料发生永久变形。

以下因素会显著影响蠕变特性:

  • 载荷范围,
  • 温度水平,以及
  • 施加载荷的持续时间。

蠕变试验测定了哪些特性值?

  • 破裂时间
  • 永久应变
  • 蠕变失效应变
  • 蠕变失效缩颈
  • 蠕变极限时间
  • 应变极限时间(屈服点)
  • 蠕变模量(应力与应变之比作为施加载荷持续时间的函数)
  • 蠕变强度
  • 蠕变应变
  • 应力松弛

什么是蠕变强度?

蠕变强度用于表征材料在特定运行条件下的使用寿命。它提供了在保持一定时间的恒温条件下会导致材料失效的机械应力值。该值是通过蠕变试验测定而得,且对于在各种应用中材料的使用至关重要。航空航天部件和发动机零件即使在承受较大载荷时,也可能只会发生最小变形。如果一个部件经历了蠕变应变,即使在去除载荷后,也不会恢复到初始形状。如果材料在很长一段时间内承受过大应力,则可能会出现裂纹和发生断裂。

蠕变试验的三个阶段

蠕变试验分为三个阶段 - 初期蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。蠕变曲线提供了在指定时间段内蠕变性能的相关信息。

初期蠕变阶段,材料的机械强度由于塑性变形而增大,随后蠕变速度会降低。

随着应变和试验时间增加,会逐渐开始硬化和软化。这个阶段的特点是蠕变速度恒定,称为稳态蠕变阶段

在加速蠕变阶段,材料的损坏会导致蠕变速度显著增加,最终导致试样断裂。从材料的使用寿命来看,加速蠕变阶段仅为非常短的时间。稳态蠕变阶段则占据了整个使用寿命的最大部分。

常见试样形状

  • 带螺纹端的圆棒试样
  • 带螺纹端和刀刃的圆棒试样
  • 带螺纹端的缺口圆棒试样
  • 带扁圆头和孔的平板试样
  • 带扁圆头和刀刃的平板试样
  • 管段试样
  • CT 试样

适用于金属蠕变试验的相关标准

金属和塑料行业的一系列ISO标准ASTM标准规定了蠕变试验的要求和性能。

  • ISO 204金属材料 - 单轴拉伸蠕变试验
  • ASTM E139执行金属材料蠕变、蠕变失效和应力失效试验的标准试验方法
  • EN 2002-005金属材料的试验方法 - 第005部分:不间断蠕变和应力失效试验
  • ASTM E328材料和结构应力松弛的标准试验方法
  • ISO 15630-3 钢筋和混凝土预应力 - 试验方法
  • ASTM G129评估金属材料对环境辅助下开裂敏感性的低应变速率试验的标准规程
  • ASTM F519 电镀/涂层工艺和服务环境机械氢脆评估的标准试验方法
  • ASTM F1624 用增量载荷技术测量钢中氢脆阈值的标准试验方法
  • ASTM E1457金属蠕变裂纹扩展时间测量的标准试验方法
  • ASTM E2760蠕变疲劳裂纹扩展试验的标准试验方法
  • ASTM E647 疲劳裂纹扩展速率测量的标准试验方法
  • ASTM E2714蠕变疲劳试验的标准试验方法
  • ASTM E606 应变控制疲劳试验的标准试验方法
  • ISO 12106金属材料 - 疲劳试验 - 轴向应变控制法
  • 经验证规范 适用于应变控制热机械疲劳试验
  • ISO 12111 金属材料 - 疲劳试验 - 应变控制热机械疲劳试验方法
  • ASTM E2368应变控制热机械疲劳试验的标准规程

适用于塑料蠕变试验的相关标准

  • ISO 899-1 蠕变性能测定 - 第1部分:拉伸蠕变
  • ISO 899-2 蠕变性能测定 - 第2部分:三点加载弯曲蠕变
  • ASTM D2990塑料拉伸、压缩和弯曲蠕变与蠕变失效的标准试验方法
  • ISO 16770塑料 - 聚乙烯环境应力分裂(ESC)的测定 - 全缺口蠕变试验(FNCT)
  • ISO 3384-1硫化橡胶或热塑性橡胶 - 压缩中应力松弛的测定

适用于蠕变试验的合适材料试验机

关于蠕变试验的常见问题

蠕变试验是一种破坏性材料测试方法,用于测定材料的长期强度和耐热性。在进行蠕变试验时,试样需长时间暴露在升温条件下,并承受恒定拉伸力或拉伸应力。

蠕变试验的目的是预测材料在特定运行条件下的寿命。

对于蠕变试验,试样需长时间暴露在升温条件下,并承受恒定拉伸力或拉伸应力。根据持续时间进行以下区分:最高约10,000小时的试验为短时间试验,从约10,000小时开始的试验为长时间试验。

要执行这些试验,我们需要使用蠕变试验机。试验轴配备有拉伸试样夹具,可用于保持试样不滑动。根据具体要求和试验,可以使用不同的加热系统来模拟不同的环境温度。

金属和塑料行业的一系列ISO和ASTM标准规定了蠕变试验(在某些情况下称为应力松弛试验)的要求和性能。

蠕变是用于描述材料在长时间内塑性变形的术语。即使是在很长一段时间内的较小载荷和较高温度条件下也会导致金属、陶瓷、塑料等材料发生永久变形。

重要影响因素:

  • 载荷范围,
  • 温度水平,以及
  • 施加载荷的持续时间。

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