铝合金挤压型材轴向力控制

1、铝合金挤压型材轴向力控制疲劳试验方法（送审稿编制说明）主编单位：辽宁忠旺集团有限公司2018.06.28一、工作简况1立项目的承受动载荷的工程轻量化结构特别是交通运输轻量化结构设计和制造要求铝合金挤压型材具有规定的材料疲劳性能。近年来，国内外铝合金挤压型材作为轻量化结构材料在工程结构特别是交通运输制造业得到日益广泛的应用。（1）铝合金型材在航空航天方面的应用航空技术的进步与航空材料科学的发展紧密地联系在一起，相互制约，相互促进。铝合金在航空航天中的应用开发可分为几个阶段：50年代主要目的是减重和提高合金比刚度、比强度；6070年代主要目的是提高合金耐久性和损伤容限，开发出7xxx系合金T73和

2、T76热处理制度、7050合金和高纯合金；80年代由于燃油价格上涨而要求进一步减轻结构重量；90年代至今，铝合金的发展目标是进一步减重，并进一步提高合金的耐久性和损伤容限。近几十年来，发展高强高韧耐蚀铝合金新材料，以满足航空和航天的需要，主要包括出2xxx系列和7xxx系列熔铸铝合金，以及在其基础上发展起来的粉末冶金铝合金、SF(Spray Forming)喷射成型铝合金、铝基复合材料、超塑性铝合金等。在高强高韧铝合金的发展中，目标集中于追求材料的强度和解决由此而带来的如何提高其抗应力腐蚀性能、断裂韧性和疲劳强度等问题。由此开发出了一系列新合金和新材料，使铝合金及其加工工艺达到了一个新水平。在

3、航空运输日益发展的今天，人们对飞行已经是非常的熟悉，可以说是多种出行方式中的一种。铝材在航空工业领域一直是关键性的结构材料，从资料上来看，目前世界上主要的民机，铝材用量都在70%以上，所以新型飞机的研发将更需要优质的铝材。我国“长征”系列运载火箭和“神州”系列飞船推进舱的燃料舱、载人舱、轨道舱以及天宫二号空间实验室的资源舱和实验舱都需要大量的铝材料。高强的铝材料有非常好的性能指标，其强度、塑性、冲击韧性、疲劳性能和可焊性等，各方面都很好。现如今，航空航天已展现出更加广阔的发展前景，高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁，其作用将远远超出科学技术领域本身，对政治、经济、军事以至人类社会生活都会产

4、生更广泛和更深远的影响。应该指出，航空航天事业所取得的巨大成就，与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的。材料是现代高新技术和产业的基础与先导，很大程度上是高新技术取得突破的前提条件。根据中国航空工业集团公司预测，到2025年国内航空运输飞机拥有量将达到3900架，其中大型客机将达2000架，这将使我国成为仅次于美国的全球第二大航空市场。随着我国航空器制造进入高速发展时代，航空铝材市场需求将迎来大幅扩容。目前我国航空公司的飞机生产零件的材料多数依靠国外进口，很大程度上是对本地铝材料质量的不信任，所以提高铝材料的质量也将是今年铝产业的一大目标，继而实现铝材全面国产化。在我国，大飞机的制造需求，正

5、在强劲拉动铝合金材料尤其是航空铝合金材料需求。C919大型客机已经获得国内外20多家航空公司500多架的订单，ARJ21-700也有200多架订单。根据计划，到2018年，ARJ21支线客机、C919大飞机所用30%以上的铝合金材料将采用国产铝材。而中国大飞机对铝合金材料的需求增加了中国航空铝合金研发和规模化产业链的发展。随着科学技术的进步，航空航天用铝型材正发展为大型化、整体化、薄壁扁宽化、尺寸高精化、形状复杂化。航空航天用铝型材在现代飞机结构件中应用广泛，根据飞机不同的使用条件和部位，开发出具有不同特性的铝合金型材，如高强铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金等应用在飞机的不同结构中，如图1所示。

6、高强铝合金主要用于飞机机身部件、发动机舱、座椅、操纵系统等。耐热铝合金零件主要用于靠近电动机的机舱、空气交换系统等。耐蚀铝合金具有足够高的性能指标，其强度、塑性、冲击韧性、疲劳性能和可焊性都很好，更主要的是其具有耐蚀性，这样就可用于水上飞机。铝合金材料性能的不断提高同样要求铝合金型材的检验检测手段的进步，需要制定更多的标准来执行，确保生产的航空航天用铝合金产品质量。图1 飞机用铝合金结构示意图（2）铝合金型材在轨道交通方面的应用为适应轨道交通的跨越式发展，机车车辆的安全性、舒适性及环境友好性和运行速度必须满足更高的要求。特别是高速列车对轴重要求比常规列车更严格，而且其本身还必须满足高要求、承担

7、大功率，因此要加装常规列车没有的一些设备（例如动车的流线型头锥、外风挡、门窗的气密装置、车辆的设备舱、电气自动控制系统等），这样又会增加列车的质量。因此，轻量化是高速列车的关键，也是现代轨道交通的必由之路。近年来，随着我国经济的发展，城市及城市间的轨道交通也进入了高速发展时期，也带来了对轨道交通车辆需求的猛增。但同时能源紧张、环境恶化等问题的存在也对轨道交通车辆的发展提出了更高的要求。因此，车体轻量化对减少原材料消耗、降低驱动能耗、节约列车运行费用、节省牵引动力、减轻车辆对线路的冲击、提高列车启动加速度和制动减速度、降低制动系统的负担有着重大意义。铝作为一种轻质金属在轨道交通中扮演着重要角色。

8、铝合金型材质量轻，可以大大减轻车辆的自身重量。铝合金具有优良的耐火和耐电弧性。虽然铝的熔点（660）大大低于钢的熔点（1530），但车体的耐火耐电弧特性不仅和材料的熔点相关，还与材料的导热性相关。铝合金材料与钢铁相比具有优良的导热性，其散热性比钢要好。铝合金表面易形成一层致密的氧化膜，在大气中具有很好的抗氧化能力。因此，铝合金比钢质车体具有更好的耐腐蚀性能，特别是在车体不易涂覆的部分，如箱形结构件及其一些内部梁柱等，同时铝合金表面可以化学着色、上漆、喷涂，通过这些方法大大提高了铝合金构件的耐蚀性，可使车体美观，给人舒适的感觉。铝合金的特点使得其在轨道交通领域的应用非常广泛。平均每辆动车组需使用

9、铝合金9吨，每辆地铁、轻轨、市域快轨需使用铝合金6.5吨，每辆有轨电车需使用铝合金4.5吨。预计“十三五”期间，中国轨道交通建设共需使用高端铝型材50.4万吨。并且随着轨道交通领域的技术积累，车身轻量化用铝是在未来国内铝型材市场潜力巨大。铝合金车体如图2所示，实现了轨道车辆的轻量、高速、降低能耗的目标。随着铝合金在轨道交通方面的广泛应用，对铝合金的性能要求越来越高，为保证生产优质的全铝轨道车辆车身，对铝合金型材的检测越来越严格，所采用的检测手段越来越先进，这就需要我们制定一系列的标准来促进工业的进步。图2 全铝高铁车厢（3）铝合金型材在汽车方面的应用为了应对迫切的全球气候变暖和能源危机，节能减

10、排已经成为全球汽车企业的集体课题。轻量化已经成为解决能源和气候危机的短期可靠的途径。汽车轻量化的发展主要有以下两个方向：一是基于改善汽车燃油效率的轻量化。二是基于提升性能及安全性的轻量化，高性能车的普及带来的车体相关部件的铝合金化（车身板，框架，悬挂件等）。由此可以看出铝合金材料在汽车上的应用已成为汽车轻量化发展的一个极为重要的部分。汽车用铝合金型材应用有：保险杠防撞梁、吸能盒、车门防撞梁、仪表盘支架、前围、车架主梁、散热器及其支架、油管、滑动轨元件、热交换器的橡胶管接头等截面一致且形状复杂的构件。现在汽车防撞梁一般使用钢质板件、钢质滚压件以及铝合金挤压型材，由于铝合金吸能效果好，广泛应用于合

11、资品牌车型的保险杠防撞梁总成，国内自主品牌车型局限于成本及其他原因，使用较少。根据研究表明：使用铝质防撞梁后较原钢质防撞梁质量减轻了25%，具有较高的抗弯曲强度。在低速碰撞试验条件下，铝合金前防撞梁较钢质件系统吸能效果提高45%。图3为保险杠防撞梁总成。图3 铝合金防撞梁使用铝型材较多的车身结构是，组合车架式结构，如图4所示。大量使用铝合金的汽车，平均每辆汽车可降低质量300kg（从1400kg降低到1100kg），寿命期内排放量可降低20%。此外，轻量化还将在一定程度上提高车辆操控稳定性和碰撞安全性。图4 铝合金车身对于电动车而言，其轻量化工作更为迫切。因为目前电动汽车的动力电池的单位比能量

12、与传统汽车使用液体燃料的单位比能量差异较大，电动汽车的动力系统（包括电池）的重量往往占整车重量30-40%，同时突破电池性能瓶颈是世界难题，因此不少业内人士认为，在高性能电池技术没有重大突破前，新能源汽车轻量化是提高续航能力的有效途径。每减重一定质量，续航能力得到不同程度的提高。新能源汽车用铝材今后的发展将集中在两方面。一是新工艺，改善现有加工技术，不断改进熔铸工艺及热处理工艺，进一步完善铝型材、铝板材的加工、成形、链接工艺，提高车用铝材的安全可靠性和实用性。二是新品种，目前已开发出了快速凝固铝合金、粉末冶金铝合金、超塑性铝合金、纤维增强型铝合金、泡沫铝材等，另外高强度高韧性铸造铝合金、铝基复

13、合材料等也在研究之中。因此改进现在有铝合金的成分和生产工艺，提高其各项性能与研发新的铝合金是今后的主要研究方向。在航空航天、轨道交通、汽车这三方面应用的铝合金挤压型材以及其他承受动态载荷的轻量化结构和部件所使用的铝合金挤压型材材料疲劳性能均有标准要求，材料疲劳性能是工程轻量化结构和部件的可靠性耐久性技术指标之一。 2与现行标准的比较铝合金挤压型材疲劳性能测试迫切需要制定国家标准铝合金挤压型材疲劳试验方法。以轨道车辆结构铝合金挤压型材为例，中国长春客车、大连机车、唐山客车、青岛四方机车、南京浦镇和株州电力机车等，以及法国Alstom等，对高铁、动车、轻轨和地铁车辆结构用铝型材均有材料疲劳性能指标

14、要求。GB/T 26494轨道列车车辆结构用铝合金挤压型材以及国外同类标准均有关于疲劳性能的规定。在铝型材制造商和用户各自产品研发、设计、制造、测试和失效分析等过程中，需要进行大量的疲劳试验工作，涉及铝合金Al-Cu系、Al-Mg-Si系和Al-Zn系合金十余个牌号，铝合金型材数百个断面制品。国家标准GB/T3075-2008（ISO1099:2006，MOD）金属材料疲劳试验轴向力控制方法修改采用ISO 1099:2006金属材料疲劳试验轴向力控制方法（英文版），并根据ISO1099:2006（E）起草，主要技术内容与之相同，标准框架有较大修改。关于GB/T3075-2008（ISO1099

15、:2006，MOD）除了存在某些文本编译语言体系差异性、技术差异性和可操作性差异性以外，主要问题是标准内容缺少条件疲劳极限或疲劳强度、疲劳寿命和疲劳性能曲线的测定，不能满足铝合金挤压型材疲劳试验的基本要求。编制国家标准铝合金挤压型材轴向力控制疲劳试验方法立项目的是使铝型材疲劳试验统一试验标准，提供试验依据，保证试验质量，使铝型材疲劳性能表征和试验结果具有准确性、规范性、可比性、重复性和再现性，以适应产品研发、设计、制造、测试和失效分析等对铝合金挤压型材疲劳性能试验的需求。3任务来源为提升我国铝及铝合金挤压制品的检验水平，满足国内外市场的需要，国家标准化管理委员会以国标委综合2017128号及全

16、国有色金属标准化技术委员会以有色标委会20182号文件下达了铝合金挤压型材轴向力控制疲劳试验方法国家标准的起草任务，起草计划项目代号为：20173781-T-610，计划完成年限为2018年。4标准编制单位简况4.1主编单位简介辽宁忠旺集团有限公司是我国主要的工业铝型材研发制造商，是我国铝及铝合金挤压产品的主要加工企业之一。主要产品有轨道车辆、汽车、船舶、航空、机械装备、电力工程等各类工业型材和深加工产品，工业型材年产量70万吨左右。研发中心和技术中心为国家级企业技术中心，检测中心为国家CNAS认可实验室。疲劳试验室具有从事疲劳试验研究多年的专业技术人员，试验设备有：日本岛津100kN电液伺服

17、疲劳试验机和德国Zweick 100kN电磁共振式高频疲劳试验机，以及断口分析日本岛津SS-550扫描电镜。自2008年开展铝型材材料疲劳试验及疲劳试验技术研究，同时开展铝型材工程结构材料疲劳断裂失效分析与可靠性技术研究，2009年制定和实施企业检测中心标准铝型材轴向力控制疲劳试验方法，用于国内外用户产品检验和试验，测定6005A、6082、6N01和7N01等铝型材及焊接件的疲劳性能，积累了一定的试验数据和试验经验，这些成为标准起草单位的技术基础。4.2成员单位简介5主要工作过程和工作内容5.1 任务落实会2015年6月17-18日，在辽宁省辽阳市召开了标准讨论会，成立了标准编制组，成员主要

18、包括辽宁忠旺集团有限公司、北京有色金属研究院、中航工业北京航空材料研究院、广东省工业分析检测中心、中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司、中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司、西南铝业（集团）有限责任公司、东北轻合金有限公司、中车唐山机车车辆有限公司、中车株洲电力机车有限公司等单位，对国内铝合金材料的轴向力控制疲劳试验的设备、试样、方法、数据处理等方面进行了讨论，并确定了标准草案的主体内容。5.2 第二次工作会议2016年4月6-8日，在苏州召开了标准讨论会，会议制定了标准试验方案，落实了编制组各成员单位的试验任务，具体如表1所示。表1 试验任务分配情况试验目的任务分配完成单位采用升降法和成组

19、法测定试样的中值疲劳强度和S-N曲线，然后对多个单位的试验结果进行数理统计和精密度分析，分析试验方法的适用性。试样制备辽宁忠旺集团有限公司疲劳试验北京有色金属研究院广州有色金属研究院西南铝业集团有限责任公司东北轻合金有限责任公司广东高登铝业有限公司山东南山铝业有限公司山东兖矿轻合金有限公司数据统计分析辽宁忠旺集团有限公司5.3 试验报告及试验数据处理2016年4月-7月，由辽宁忠旺集团有限公司制备疲劳试样，并发送给北京有色院、广州有色院、西南铝、东轻、高登、南山、兖矿7家单位进行疲劳试验。6月份，北京有色院、广州有色院、西南铝、东轻、高登、南山6家单位返回疲劳数据。6月-7月份由辽宁忠旺对各单

20、位反馈数据进行处理。5.4 第三次工作会议2016年7月4-6日，在辽阳召开第三次工作会议，会议对本标准的试验验证情况及标准文本进行了讨论，并要求编制组根据征求意见稿回函意见和试验验证情况，填写征求意见表。5.5 第四次工作会议2018年3月13-14日在云南省昆明市召开先进有色金属结构材料领域关键技术标准研究课题工作会议，会上对主编单位提出的预审稿进行了讨论，编制组根据预审会的意见和要求对预审稿进行了修改，并根据讨论会精神形成送审稿及编制说明。二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据（一）标准编制原则根据铝合金材料的特点和铝型材疲劳试验的经验，以及国内几十年来材料疲劳试验技术的发展过程和疲劳

21、试验标准版本制定、修订情况，鉴于GB/T3075-2008（ISO1099:2006，MOD）金属材料疲劳试验轴向力控制方法标准缺少主要试验方法内容，存在技术差异性和可操作性差异性，以及GB/T24176-2009/ISO12107:2003,IDT金属材料疲劳试验数据统计方案与分析方法标准在主要内容上存在的文字编译错误、技术差异性和不可操作性，本标准编制弥补了以上两项现行标准的不足。（二）确定标准主要内容的论据1范围本标准规定的范围：环境需在室温下，室温温度范围在1035；试验材料为铝合金挤压型材，同时也适用于其他铝加工材料；试验的控制方法为恒幅轴向力控制，试样所受力一般为正弦波，也可以采用

22、其他波形如梯形波、三角波和方波等，载荷类型分为拉拉、拉压、压压；本标准适用于测定中等寿命区（大致在104106循环数范围内）规定应力水平下的中值疲劳寿命和规定存活率下的安全疲劳寿命，测定长寿命区（大致在106循环数以上）规定循环基数下的中值疲劳强度或疲劳极限和规定存活率下的安全疲劳强度，测定中值S-N曲线和规定存活率下的P-S-N曲线以及测定Goodman曲线。由于本标准给出光滑试样（应力集中系数Kt=1）形状和尺寸，未包含缺口试样，但缺口试样（应力集中系数Kt1）的疲劳试验可参照本标准。为了明确本标准的适用范围，在“范围”中加入注释“本标准未包含缺口试样的形状、尺寸和制备，但是，本标准中方法

23、验证、试验设备、试验程序、试验结果、数值修约及附录内容可用于缺口试样的疲劳试验。”2规范性引用文件为规范疲劳试验机的使用要求，引用了JJG556-2011轴向加荷疲劳试验机检定规程，本标准涉及到疲劳试验过程中的术语，引用了GB/T 10623金属材料 力学性能试验术语。3术语和定义 根据第三次工作会议及各参编单位反馈的征求意见表，需增加术语和定义，保证读者能够清晰的了解本标准涉及的术语及符号的定义，以便其更能理解本标准。由于本标准中涉及的最大应力、最小应力、平均应力、应力范围、应力比、理论应力集中系数、S-N曲线等术语在GB/T 10623金属材料 力学性能试验术语中有相关定义，因此在本标准中

24、没有写出来，而是直接引用GB/T 10623标准。但应力水平、存活率、疲劳寿命、中值疲劳寿命、中值对数疲劳寿命、P存活率的对数疲劳寿命、疲劳强度、P存活率的疲劳强度、中值疲劳强度、疲劳极限、中值S-N曲线、P-S-N曲线和Goodman曲线的定义并没有，因此在标准中将其定义及符号写出。4方法概述本方法是采用一定数量的试样，沿试样纵向施加恒幅交变载荷(见图5)，其载荷类型见图6。在规定应力水平条件下，测定材料的疲劳寿命；在规定循环次数条件下，测定材料的疲劳强度。根据第三次工作会议以及各公司反馈的征求意见表中提出两点：第一点，将载荷类型换成正弦波形势；第二点，需增加载荷类型的，明确在试验过程中试验

25、载荷类型。因此改完后的图片见图5。图5疲劳试验示意图说明：1上夹具；2试样；3下夹具。图6 循环应力类型5试验设备金属材料疲劳试验轴向力控制方法属于“高周疲劳”或称“应力疲劳”范畴，且规定疲劳寿命比较长（例如N01×107、N02×107、N01×108），在整个试验过程中以弹性应变分量为主，试验频率较高而试验周期较短。例如，某铝型材疲劳试验，N01×107，高频机频率f=65Hz和f=95Hz，分别需要约43小时（约1.8天）和30小时（约1.25天）；低频机频率f=20Hz，需要139小时（约6天）。因此，标准推荐采用电磁共振式高频疲劳试验机、电液伺

26、服式疲劳试验机或其他形式轴向疲劳试验机进行试验， 试验机静态力、动态力以及受力同轴度均按JJG556-2011检定。静态力示值相对误差应不大于±1.0%。循环力范围和循环力峰值的示值相对误差：电磁共振型疲劳试验机和其他形式轴向疲劳试验机应不大于±3%，电液伺服疲劳试验机应不大于±2%。受力同轴度即最大弯曲应变百分比应不大于10%。6试样 试样的类型、名称和规格关于试样的类型和名称，按照试样工作部分横截面形状分为圆形横截面试样和矩形横截面试样，简称为“圆形试样”和“矩形试样”；按照工作部分横截面的面积变化分为单一最小截面试样和等同截面试样，简称为“单截面试样”和“等

27、截面试样”。对于圆形试样，按夹持方式不同又分为夹持端螺纹试样和夹持端圆棒试样，简称为“螺纹试样”和“圆棒试样”。本标准给出的试样均为光滑试样，即应力集中系数Kt=1。试样规格的制定，结合HB5287 金属材料轴向加载疲劳试验方法中对标准试样的规定，以及表2、表3所示的企业单位标准试样的使用情况，按照试样工作部分直径或宽度和最小直径或宽度来确定标准疲劳试样不同类型的规格。表2 各企业用圆形试样尺寸汇总表标准试样类型试样类型型材厚度a试样夹持部分直径或螺纹规格D(M)试样最小直径d试样过渡圆弧半径R夹持部分长度L1试样工作部分的平行长度LC试样总长L数据反馈公司圆形单截面试样螺纹试样15.00M1

28、4×1.005.00±0.0250.00±1.0020.00/150.00广东高登/M14×1-6g5.00±0.0250.0014.00/70.00东北轻合金15.00<a25.00M14×1.005.00±0.0350.00±1.0025±1.00/94±2.00广东检测25.00M22×1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.00/102±2.00广东检测圆柱试样>20.0018.00±0.507.0

29、0±0.2572.0035.00/130.00山东兖矿15.0012.00±1.005.00±0.0250.00±1.0020.00/150.00广东高登15.00<a25.0016.00±1.005.00±0.0350.00±1.0025±1.00/95±2.00广东检测25.0020.00±1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.00/100±2.00广东检测圆形等截面试样螺纹试样25.00M22×1.0010.00&

30、#177;0.0560.00±1.00/35.00150.00广东高登/M22×1-6g7.00±0.0236.00+15.0018.0024.00110.00东北轻合金/M27×1-6g10.00±0.0250.00+15.0027.0038.00150.00东北轻合金/M27×1-6g10.00±0.0250.0048.0038.00190.00东北轻合金15.00<a25.00M14×1.005.00±0.0320.00±1.0025±1.0050±1.00180

31、±2.00广东检测25.00M22×1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.0050±1.00180±2.00广东检测圆柱试样>20.0018.00±0.507.00±0.2572.0035.0022.00152.20山东兖矿/12.005.00±0.0240.0046.0015.00140.00山东南山/14.006.00±0.0250.0046.0017.00149.00山东南山/18.008.00±0.0364.0053.0024.00180.0

32、0山东南山/28.0012.70±0.05101.0067.0025.40238.00山东南山25.0020.00±1.0010.00±0.0560.00±1.00/35.00150.00广东高登12.005.00±0.0240.0046.0015.00140.0012.00广东坚美14.006.00±0.0250.0046.0017.00149.0014.00广东坚美18.008.00±0.0364.0053.0024.0018018.00广东坚美/D22.007.00±0.0236.00+15.0018.002

33、4.00110.00东北轻合金/D22.9012.70±0.0276.2071.0050.08250.00东北轻合金15.00<a25.0016.00±1.005.00±0.0320.00±1.0025±1.0050±1.00180±2.00广东检测25.0020.00±1.0010.00±0.0560.00±1.0025±1.0050±1.00180±2.00广东检测注：试样有两处圆弧过渡表3 各企业用矩形试样尺寸汇总表标准试样类型型材厚度a试样夹持部分宽度

34、B试样横截面宽度b试样过渡圆弧半径R夹持部分长度L1试样工作部分的平行长度LC试样总长L数据反馈公司矩形单截面试样5.0040.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.00/206.00山东兖矿4.20a12.5052.0025.00±0.1020047.00/240.00山东南山10.0040.00±1.0015.00±0.05120±1.0050.00/150.00广东高登15.0040.00±1.0015.00±0.05120±1.0025±1.00/100

35、77;2.00广东检测矩形等截面试样15.0050.0020.00160.00/50300.00青岛四方10.0025.0010.0080.00/25170.00青岛四方5.00<a20.0050.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.0010200.00山东兖矿50.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.0030240.00山东兖矿50.00±0.5020.00±0.50120±1.0050.0050280.00山东兖矿/26.0010.00±0.05

36、90.0040.0026.00/山东南山3.00a9.0038.0018.00±0.05144.0032.0036.00/山东南山2.00a6.0026.0012.00±0.0596.0034.0024.00165.00山东南山10.0040.00±1.0015.00±0.0550±1.00/50150.00广东高登/26.0010.00±0.0590.0040.0026.00/广东坚美3.00a9.0038.0018.00±0.05144.0032.0036.00/广东坚美2.00a6.0026.0012.00±

37、0.0596.0034.0024.00165.00广东坚美/50±0.0520.00±0.0512.0056.90550280.00东北轻合金<10.0040.00±1.0015.00±0.0560±1.0025±1.0050±1.00120±2.00广东检测通过结合各参编单位的实验数据，了解了几家同行业在做疲劳试验时其试样尺寸不尽相同，因此为了规范疲劳试验的再现性以及一致性，本标准规定了试样的尺寸，如表4、表5所示。表4 圆形试样尺寸及偏差标准试样类型型材厚度试样类型dRLcD(M)圆形单截面试样15.00

38、25.00螺纹试样5.00±0.0250.00±1.00/M14×1圆柱试样/12.00±1.00>25.00螺纹试样10.00±0.0280.00±1.00/M22×1圆柱试样/20.00±1.00圆形等截面试样25.00螺纹试样10.00±0.0560.00±1.0035M22×1圆柱试样20.00±1.00表5 矩形试样尺寸及偏差标准试样类型型材厚度（a）bRLcB矩形单截面试样15.0015.00±0.05120.00±1.00/40.00&

39、#177;1.00矩形等截面试样15.0015.00±0.0550.00±1.0050.00±1.0040.00±1.00试样形状和尺寸公差、表面粗糙度a.标准规定了试样工作部分及过渡部分的形状、尺寸及公差和表面粗糙度，以及等截面试样平行部分的最小尺寸。b.标准规定了矩形试样夹持部分宽度、圆形试样夹持端圆棒或螺纹规格，以及相应的对称度、同轴度和垂直度允许偏差。试样夹持部分的尺寸公差、表面粗糙度、圆形试样夹持端螺纹精度等级和中心孔等未进行具体规定。c.应根据试验机夹持机构和试验材料具体情况，以及用户的要求选择试样类型。试样制备a.一般要求除了对试样取样、编

40、号、尺寸、形位偏差和表面粗糙度等一般应符合试样图纸的要求以外，还重点要求是：圆弧与平行长度连接应光滑；单截面试样尺寸和形状偏差测量应使用工具显微镜；线切割加工试样应留有去除电火花加工硬化层的加工余量；铣削或车削加工应逐次减少切削量，以减少加工硬化和防止过热；抛光应沿着试样纵向，压向试样表面的力尽可能小，以降低表面残余应力的影响；矩形试样棱边应去除毛刺和倒圆，倒圆半径0.10.2mm，倒圆表面粗糙度应不低于对试样加工表面的粗糙度要求；试样表面不应有划痕、碰伤和腐蚀等损伤或缺陷。b.加工方法疲劳试样加工方法及参数见表6，相关信息资料见表7和表8。圆形试样车削加工：粗车+精车+抛光。规定精车削加工切

41、削量应逐次减少，建议了加工余量、切削量（切削深度）以及进给量和试样加工表面的抛光方法。矩形试样铣削加工：粗铣+精铣+抛光。规定精铣削加工切削量应逐次减少，建议了加工余量、切削量（切削深度），以及试样加工表面抛光的要求。表6 试样加工方法和工艺参数试样类型加工方法和工艺参数圆形试样粗车加工余量,mm0.50切削深度,mm1.25、0.75、0.25进给量f，mm/r-切削速度v，m/min-精车加工余量,mm0.02切削深度ap,mm0.12、0.07、0.05进给量f，mm/r0.08切削速度v，m/min-抛光表面粗糙度，Ra,um0.32最后抛光砂纸型号-矩形试样粗铣加工余量,mm2.00

42、精铣加工余量,mm0.20切削深度ap,mm0.50、0.20、0.10进给量f，mm/r-主轴转速r/min-抛光表面粗糙度0.32最后抛光砂纸型号-表7 铝型材试样切削加工各级表面粗糙度的表面特征及加工方法表面粗糙度表面外观特征加工方法Ra，um（旧标准）名称12.5（4）半光面可见加工痕迹粗车、粗铣6.3（5）微见加工痕迹半精车、半精铣3.2（6）看不见加工痕迹半精车、半精铣1.6（7）光面可辩加工痕迹方向精车、精铣0.8（8）微辩加工痕迹方向精车、精铣0.4（9）不可辩加工痕迹方向精密车、精密铣、抛光0.2（10）最光面暗光泽面抛光0.1（11）亮光泽面表8 几种加工方法的加工硬化程度

43、及硬化层深度加工方法加工硬化程度N,%硬化层深度h, um平均值最大值平均值最大值普通车、高速车1201502003050200精车1401802202060-端铣14016022040100200圆周铣1201402004080110研磨膏研磨112117-37-注：表中加工硬化程度N（%）是已加工表面显微硬度H的增加值（H-H0）对原始显微硬度H0比值的百分数。铝合金加工硬化程度N（%）比钢小75%左右。加工表面硬化和残余应力的影响因素：刀具（前角、刀刃钝圆半径和刀具后刀面磨损量）、工件材料和切削条件（切削深度、进给量、切削速度和切削液）。7试验程序关于试验程序有以下6项一般性规定：试验在

44、室温下进行，通常应为1035。试验前应对试样进行外观检验，清洁试样表面时不得造成试样损伤。用光学仪器检验试样工作表面，不允许有划痕、磕碰和腐蚀等缺陷。采用工具显微镜或投影仪测量单截面试样工作部分最小横截面的宽度或直径，测量精度应不低于0.01mm。将试样装夹在适当的夹具上，并保证同轴度，不得超载。载荷波形为正弦波，通常试验频率不大于200Hz。记录试验结果及试验过程中的异常情况。8试验结果通过性试验在规定应力水平和循环次数的条件下，以3根试样进行检验性试验，这一检验性试验方法已为国内外客户及双方认可和采用，适用于产品试制、首批检验和批量生产抽样检验等。检验性试验，亦称“通过性试验”，通常取3根

45、试样，在规定应力水平条件下进行试验，如果在规定循环次数条件（例如：N1×107）试样未发生断裂，则认为检验合格，反之则不合格。若技术协议另有规定，可按有关规定进行检验。在国内外标准中，关于规定“三根试样检验试验通过”内容的疲劳试验方法标准，例如：国内航标HB5152、HB5153，日本JIS Z 2273(6.13)等。成组试验法成组试验法是某一指定应力水平下根据一组试样的试验结果（至断裂的循环次数或疲劳寿命），测定中值疲劳寿命和规定存活率下的疲劳寿命。成组试验法适用于中等寿命区，即在同一应力水平下，测得的一组试样疲劳寿命大致在106循环次数范围内。利用成组试验法测定中值疲劳寿命时，

46、每组有效试样数不得少于三个。处理数据时，预先将各个疲劳寿命观测值均取成对数，然后计算对数寿命的子样平均值和子样标准差。当给定置信度时，应根据子样变异系数查表得所需最少观测值个数（或有效试样件数）。利用对数寿命子样平均值和子样标准差，采用解析法估计规定存活率下的安全疲劳寿命。在进行统计分析时，假定中等寿命区的疲劳寿命遵循正态分布。在疲劳性能测试中，通常把疲劳寿命划分为三个区限，短寿命区：在大应变循环下，疲劳寿命大致在104循环数以内；中等寿命区：承受中等应力水平，疲劳寿命大致在104106循环数范；长寿命区：施加的应力水平较低，疲劳寿命大致在106循环数以上，以至达到107或108甚至109循环

47、次数。成组试验法示例：试验单位为北京有色金属研究院；试验材料及试样为6005A-T6铝型材，纵向取样，壁厚4.2mm。试样采用宽度15mm的矩形单截面疲劳试样，应力集中系数Kt=1，试样厚度为型材壁厚；试验条件为德国Zwick 100kN高频疲劳试验机，轴向加载，应力比R=0.1，加载频率f=95Hz，室温空气环境。成组法为4级应力水平，疲劳寿命范围为1052.56×106。试验数据及数据处理结果，见表9-1和表9-2。表9-1 成组法试验数据最大应力，MPa疲劳寿命N，千周260143 134 144 116220472 234 455 249200282 533 397 391

48、1802560 777 1100表9-2 成组试验数据处理结果（置信度=95%），MPan s26045.12630.043570.00855.040911022045.52430.164050.02975.20281602004 5.59200.112980.02025.37062351803 6.11340.266300.04365.5914390表8-2中，根据变异系数检验有效试样个数满足置信度=95%的要求。查表得。存活率P=97.5%的对数疲劳寿命，存活率P=97.5%的疲劳寿命。升降法试验a. 升降法试验原理和方法升降法试验是在规定循环次数下（或称为循环基数）（例如：N=1

49、5;107）测定中值疲劳强度或规定存活率的疲劳强度。本方法适用于长寿命区。在对试验结果进行统计分析时，假定疲劳强度遵循正态分布。升降试验法的原理是：每个应力水平使用一件试样进行试验称之为单点法试验。当进行单点法试验时，在逐渐降低应力水平过程中，如某一试样在第i级应力的作用下未达到指定寿命发生破坏，而依次试验的另一试样在较低的第i+1级应力作用下“越出”（达到指定寿命未破坏），则对应指定寿命的疲劳强度极大似然估计量为。将和视为出现相反试验结果(破坏和越出)的一对数据。当重复以上试验时，则成对数据将会随机出现，从而取得对应同一指定寿命的不同值。以此为依据，将对于应力作为随机变量进行统计分析。进行升

50、降法试验时，第一个试样的试验应力水平应略高于预计疲劳极限，随后试样的试验应力水平取决于前一试样的试验结果。凡前一试样未达到指定寿命发生破坏，则随后的一次试验将在低一级的应力水平下进行；凡前一根试样达到指定寿命未破坏，则随后的一次试验就在高一级应力水平下进行，直至完成全部试验为止。对第一次出现相反结果以前的试验数据，在后续的试验中可以利用。选择相邻两级应力水平的应力增量是升降法试验中一个重要程序。合适的应力增量应为估计疲劳极限值的（35）%，并使得应力升降级数为35级，有效试样件数15件左右（实际需要的试样数量取决于试验数据分散程度和计算变异系数并查表所得到的满足置信度要求的最少观测值个数）。根

51、据试验过程及试验数据绘制应力升降图。升降法是国内外通用的标准试验方法。例如：GB/T24176-2009/ISO 12107：2003（7.1）、GJB/Z18-91（5.5.4.3）、HB/Z112-86（3）、HB5287-96(7.1)等。b.中值疲劳强度或疲劳极限的测定如果试验的目的只需要求出中值疲劳强度或疲劳极限，按下式计算：式中：n为有效试验总次数；m为升降应力水平级数；为第i级应力水平；为第i级应力水平下的试验次数。如果试验需要求出中值疲劳强度和标准差，进而确定置信度，则应将相邻应力水平的各数据点按一个“破坏”和一个“越出”配成一对，如果升降图是封闭的，则所有试验点都能配成对子，

52、这时中值疲劳强度的估计量按下式计算，计算结果与不配对计算的结果相同：式中：为配成对子的总数，即升降法试样的一半；为配成对子的级数，即升降法级数减1，即 ；为配成对子的应力水平；为相邻两级配成的对子数。中值疲劳强度或疲劳极限的子样标准差按下式计算：当给定置信度（=95%或90%）时，根据子样变异系数和给定的置信度，可由标准附录D中表D1.1和表D1.2查得所需最少观测值个数或有效试样个数。c. 规定存活率下疲劳强度的测定采用标准正态偏量法，按计算规定存活率P下的疲劳强度。式中的标准正态偏量数值可由标准附录D表D.2查得。如果用户或产品协议要求进行样本标准差修正或单侧容限系数修正，可按照附录E或附

53、录F进行数据处理。升降法试验示例：试验单位及相关信息同，升降法为4级应力水平，应力增量为5MPa，相当于中值疲劳强度的3%。试验数据及升降图见表10-1、表10-2、表10-3和图7。表10-1 升降法试验数据(指定寿命N=)最大应力，MPa疲劳寿命N，千周17510000 8391701820 1040 2470 10000 6281656310 10000 10000 795 1000016010000 10000 图7 升降图(N0=107，×-断裂，-通过)表9-2 计算对子应力表10-2 升降法数据处理，Mpa对子应力，Mpa对子个数180175177.5117517017

54、2.51170165167.53165160162.52表10-3 升降法试验数据处理结果（指定寿命N0=107，置信度=95%)，MPa ，MPa, MPa71685.3450.0318158表9-3中，根据变异系数检验有效试样个数满足置信度=95%，规定存活率疲劳强度，存活率P=97.5%，查表得uP=-1.96。 S-N曲线的测定a.单点法S-N曲线测定当试样件数或试验条件受到限制时，采用单点法粗略的测定S-N曲线。试样数量10件左右。在中寿命区，应力水平应不少于5级。用单点法测定疲劳极限时，如果试样在第i级应力下，未达到规定的循环次数发生断裂，而在较低的第i+1级应力下未发生断裂，并且

55、两个应力的差值（）不超过的5%，则与的平均值可为疲劳极限参考值，按计算。 b. S-N曲线和P-S-N曲线测定S-N曲线和P-S-N曲线是疲劳应力与疲劳寿命和规定存活率下的疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线。S-N曲线是最大应力或应力幅与至断裂循环次数N的关系曲线，用半对数坐标表示。P-S-N曲线为具有规定存活率P的S-N曲线，用半对数坐标表示。P-S-N曲线与S-N曲线的特征是一致的。铝合金挤压型材的S-N曲线的特征示例见图8、图9（引自EN1999-1-3：2007(E)）。铝合金材料S-N曲线具有两个拐点，第一个拐点，超过达到之间斜率减小但尚未为0，这就是说该段曲线并非水平（或者说达到或超过并不是铝合金材料的无限寿命）；而第二个拐点为并且斜率降低为0，这说明曲线呈现水平（或者说达到或超过是铝合金材料的无限寿命）。图8 铝合金挤压型材S-N曲线图9 铝合金型材S-N曲线测定S-N曲线和P-S-N曲线的测试原理和方法见图10、图11。两图中已描出中值S-N曲线，若连接分布曲线的规定下限值（例如：规定存活率P=97.5%）可得到P-S-N曲线。图10成组法测定S-N曲线图11 升降法测定S-N曲线 在中寿命区线段，选取35个应力水平，采