金属蠕变试验程序

1、金属蠕变试验程序1范围 1.1本程序适用于外贸产品用金属材料在恒定拉伸负荷及一定温度下测定作为时间函数的 变形量的测量方法（蠕变试验）。本程序也包括对试验设备的基本要求。2参考资料2.1 ASTM 标准:E4试验机的校准方法E6力学试验方法相关术语标准定义E83引伸计的校验和分级标准方法E139金属材料的蠕变、蠕变一断裂和持久强度试验的推荐标准试验方法E1012试样在拉伸载荷下校正同轴度的方法2.2其它标准：GB/T 2039金属拉伸蠕变及持久试验方3 术语3.1定义在ASTM E6定义的第E节中给出与蠕变试验相关的定义和术语。与力学性能试验方法相关的术语，适用于本程序中使用的术语。仅用于本程

2、序的特定术语，按下面规定的意义使用。3.2术语3.2.1轴向应变-指离试样轴线等距离处在两相对侧面测量的变形平均值。3.2.2 弯曲应变-是试样表面应变与轴向应变之差。通常它围绕着沿试样平行距部分而逐点发生改变。3.2.2.1 最大弯曲应变一是试样平行距部分内弯曲应变的最大值。它可根据在两个不同纵向位置从三个圆周部位测出的应变值计算出来。3.2.3 蠕变一指在施加一个保持恒定的负荷以后发生的与时间有关的应变。3.2.4 蠕变试验的目的：在通常低于试验期间引起断裂的应力下测量所产生的蠕变和蠕变速 度，因为最大的变形量只有百分之几，因此需要灵敏的引伸计。4设备4.1试验机4.1.1 试验机的准确度

3、应在 ASTME4 "试验机的校准方法”中规定的允许范围内，并按照周 期要求每年进行一次检定。4.1.2应注意保证负荷尽可能沿轴线施加于试样上。要得到完全的轴向对中是困难的， 特别是当拉杆和引伸杆穿过炉子端部填料的情况下，但是，试验机和夹具应能对精确加工的试样加荷，从而使最大弯曲应变不超过轴向应变的10%,这是根据试验机所检定的最低负荷和零负荷时的应变读数计算的。注1这一要求是为了限制试验设备引起试验期间发生过大的弯曲。据认为，即使采用检定合格的设备， 由于试样装卡不紧而发生方向改变、个别试样缺乏对称性、来自于炉子填料和热电偶丝的侧向力等等。也 都可能使各次试验产生不同百分数的弯曲应

4、变，目前可得到的一些数据表明，除特殊情况外，弯曲应变对 试验结果的影响不足以需要对每个进行试验的试样测量弯曲应变。4.1.2.1 当对脆性材料作试验时，即使是10%的弯曲应变，也会引起比改善同轴度时所能获得的强度要低。在此情况下，可以明确规定对作试验的试样进行弯曲应变的测量，并且把允许的幅度限定在较小的数值内。4.1.2.2 通常，设备在高温下测定最大弯曲应变是不容易实现的。试验设备可以在室温下测量同轴度来加以检定。测量设备的同轴度时，试样的形状应同高温试验时用的相同。试样的同轴度应当尽量接近满意的程度，整个平行距部分仅允许发生弹性变形，这个要求可能需用不同的高温试验时所用的材料。4.1.2.

5、3 试验方法ASTM E1012或等效试验方法可以利用围绕圆形横截面试样的试验部分等 距离处放置四个电阻应变仪测量每个纵向位置的应变。4.1.2.4 应在室温下于安装好的试验机、拉杆和夹具上在试验前进行同轴度测量。夹具和拉杆在高温反复使用中会氧化、翘曲和蠕变。这可能导致弯曲应力的增加。因此，夹具和拉杆应定期的做轴向性重复试验，必要时应重新加工。4.1.3 试验机应配有调整试样伸长的装置以使负荷保持在4.1.1规定的范围内。试样的伸长不应使加荷系统产生超过4.1.2规定范围的加荷偏心度。调整机构应避免引入震动负荷以及由于加荷系统的摩擦或惯性而产生的过载或对试样施加的扭矩。4.1.4 试验机的安装

6、应保证不受外界引起的震动载荷冲击的影响。应有措施保证当一个试样断裂时，传递至邻近的试验机和试样的冲击减至最小。4.2加热装置4.2.1 加热试样的装置和方法应能满足9.3.4中规定要求所需的温度控制，加荷后每24小时内人工调节不超过一次。4.2.2 应在大气压的空气中用电阻炉或辐射炉加热试样，除非事先有协议规定在其它介质中加热。注2一试样试验时介质对试验结果有很大影响，虽然其它因素也可能影响试验结果，但性能受到试验过程 中氧化或腐蚀的影响特别明显。4.3温度测量装置4.3.1 测量温度的方法必须足够灵敏和可靠，以保证试样温度位于9.3.4规定的范围内。4.3.2应使用与电位差计或毫伏计相连接的

7、热电偶测量温度。注3这种测量有两种误差：热电偶校验误差和仪器测量误差首先引起准确测温的误差；其次，热电偶和 测量仪器可能随时间而变化。用热电偶测温通常遇到的误差包括：检定误差及使用中由于污染或变质而引 起的检定值的漂移、导线误差、固定在试样上的方法、直接热辐射到热接点以及沿热电偶线的热传导等而 引起的误差。4.3.3 应当用检定好的热电偶进行温度测量，对于贱金属热电偶，应从每批热电偶丝中取代表性的热电偶进行检定。 除暴露在较低温度下的以外，贱金属热电偶再次使用时会产生误差，除非初次使用时插入深度和温度梯度重复出现。因此，贱金属热电偶应当用有代表性的热电偶进行检定，而不应检定实际测量试样温度的热

8、电偶。在热区使用过的热电偶丝不剪断并重新焊接的贱金属热电偶不应重新使用。在较低温度下使用之后，如不采取以上措施，任何再次使用的贱金属热电偶都应附上重新检定的数据以表明热电偶没有过度的受到使用条件的影响。4.3.3.1 贵金属热电偶由于污染等原因也会产生误差，因此应定期（半年）检定。在高温下 使用时，应注意使热电偶保持清洁。4.3.3.2 使用过程中测量热电偶检定值的漂移是困难的，当试验过程中漂移成为一个问题时，应想办法在试验过程中检验试样上热电偶的读数。为了可靠的检定使用过的热电偶，进行再次校准时，必须使试验炉的温度梯度重复出现。4.3.4 温度测量、控制和记录仪表，应该定期用二级标准仪表、如

9、精密电位差计进行检定。导线的误差应当放在正常使用位置的导线进行检查。4.3.4.1 温度测量仪的校准周期为13周（3个月）。4.4引伸计系统4.4.1变形测量设备的灵敏度和准确度应适于在满足数据应用所要求的精度下确定蠕变数据。变形测量仪（LVDT应在每次试验之前进行校准并记录。4.4.2 仅在试样一侧测量变形时，在小变形下，加荷的不同轴度通常足以引起较大的误差。因此，引伸计应固定到试样相对两侧并指示两侧的变形，报告的变形应当是两侧变形的平均值，它可以是仪器内部机械或电信号平均值，或是两个单独读数的数字平均值。4.4.3在可能条件下，引伸计应安装在试样上，而不应安装在与试样连接的任何承载部件上，

10、因为中间连接件和部件要产生很大的伸长，它与试样自身的伸长不能准确的分开。4.4.4当安装在试样平行距部分的引伸计在试验过程中试样横截面减小时趋于松动。为此，引伸计可以安装在试样平行距部分两端的机加工凸台或肋带上。4.5室温控制4.5.1 室温应该完全恒定。这样，试样的温度变化才不会超出9.3.4规定的范围。4.5.2 加荷时，只有当室温处在土 5F （3C）以内时才能记录引伸计的读数，否则应对引伸 计读数进行校正。如果确认室温的变化不会引起引伸计读数的变化，则可不进行修正。5人员和培训5.1试验人员必须经过专门的培训，培训程序参照人力资源部的有关文件，每年上报一次培训计划。5.2内部培训主要是

11、对 ASTM E 139（现行有效版本）的贯标及操作培训。培训由专业的技术 人员对试验人员进行。培训应包括特殊应用方面的试验，每次的培训应保留记录。5.3试验人员应该每年进行一次视力检查，并且有检查记录或复印件。6重复试验6.1重复试验和替代试验规则应符合SAEAS7101的规定。（实质上，只是由于试样准备不正确或试样取样部位不正确时才进行替代试验）7循环比较试验 7.1循环比较试验参照循环对比实验管理程序8测试试样8.1试样的尺寸和形状主要根据为获得被研究材料的代表性试样的要求而定.除非另有规定，试样的尺寸和形状应符合GB/T 2039（eqv ISO 204） 中图1的要求。8.2除非另有

12、规定，材料应按轧制方向切取试样。8.3蠕变试验，希望平行距部分的长度与直径之比值较大，以提高变形测量精度。8.4圆形横截面试样应具有螺纹、凸台或其它适于夹持的端部以满足4.1.2的要求。8.5试验前测试人员应目视检查试样表面有无损伤，若表面有损伤和缺陷仍要进行试验必须经有关方的认同，并详细记录加以注明。9试验步骤9.1横截面积的测量按ASTM E8方法中的规定测定试样平行距部分的最小横截面积。9.2清洗试样将试样的平行距部分以及与夹具接触的部分仔细的在清洁的酒精、丙酮或其它不影响试验金属的适当溶剂中清洗。 9.3温度控制 9.3.1按照ASTM E633"热电偶测量接点的制备”焊接热

13、电偶接点。9.3.2 把热电偶安装到试样上时，热电偶接点必须与试样紧密接触，并且屏蔽辐射。对于特定的加热炉和试验温度，由未屏蔽的接点与插入试样孔内的接点所测出的温度，其差值如果不超过9.3.4列出的偏差范围的一半，则可以不用屏蔽。 热电偶的接点应尽可能小，并且不发生短路（接头后面的热电偶线扭结，就会发生这种情况）。加热区中的热电偶通常应当加上绝缘的瓷套管。如果在热区用其它的电绝缘材料，则应仔细检查电绝缘性能在高温下是否能得到保护。9.3.3当平行距部分的长度等于或大于2英寸（50毫米）时，试样上至少要绑两支热电偶，在此长度的两端各绑一支。当长度等于或超过两英寸时，应在中部增加第三支热电偶。9.

14、3.4 在加荷前及试验过程中，指示温度与标称试验温度之差，不得超出下列范围：< 1800F （1000C） , ±3F （土 2C）> 1800F （1000C） , ±5F （土 3C）9.3.5 加热时的温度过冲不应超过上述范围。对加热炉的加热特性和温度控制系统应进行研究。以确定限制瞬间超温所需的输入功率、温度定值、比例式控制调节器和控制热电偶的位置。在进行最终调节以前，希望能把加热炉稳定在标称试验温度以下10-50 To应在报告中注明任何超温的度数和持续时间。9.3.6开始试验以前，应在到温后保持一段时间，以保证试验的温度达到平衡， 并保证温度 可以保持在

15、9.3.4规定的范围内。除另有规定，此保持时间不应少于一小时。 在试验报告中 应说明达到试验温度的时间及加荷前保温的时间。9.3.7由任何故障引起试样高出9.3.4规定的范围，则试验应报废，并需要重新试验。由于故障造成试验的温度低于 9.3.4规定范围时，试验也因此可能报废并需要重新试验。温度低于标称温度，会使蠕变速度减小和断裂时间延长，这两个特性对试验温度都很敏感。低温一般不会像超温那样损伤试样，超温则会使蠕变大大加速。因此，仅在低温所处的时间明显影响试验结果时，才作为重新试验的理由。注4一对大多数材料，在应力下的冷却和重新加热对以后的蠕变性能影响很小，只要冷却和加热的时间不 太长。在中途偶

16、然降温以后，只要知道被试验材料不会受到这种做法的影响，可以把试样加热到原来的试 验温度，并把试验做完。报告中应说明试验曾在应力下冷却及加热而中断过。9.4将试样装到试验机上时应注意不要引起非轴向力，例如，螺纹接头不应拧到螺纹的末端或拧到底。如果螺纹配合不紧，可轻轻在试样上加荷，并人为的使其在横向移动，并使其停 留在活动范围的中心。如果炉口要填塞，不可太紧，以免引伸杆或拉杆发生位移，或使其运 动受到限制。9.5试验过程中的变形测量9.5.1根据定义，蠕变试验要求测定施加满负荷瞬间和其后的变形。从零负荷到施加满负荷 瞬间的变形变化，也应记录。9.5.2 在试验过程中应当进行多次变形测量，以便适当确

17、定时间一变形（蠕变）曲线。通常 要求在加速的第一阶段蠕变期间，比第二阶段蠕变期间读数多取一些，变形读数的间隔不得超过24小时或予以试验时间的1%,以其中较长者为准。如果缺少一天读数而不影响试验结果，则在星期天或假日允许不取读数。9.5.3卸荷过程中变形测量与第一阶段蠕变期间要求一样，比第二阶段蠕变期间读数多取一些。9.6加荷与卸荷步骤9.6.1 试样加热以前和加热过程中，可施加试验负荷的一小部分（不超过10%）,这样做可以使得由于堵塞加热炉和热电偶导线的侧向力所引起的试样和负荷拉杆位移减小，从而改善加荷的轴向性。9.6.2加荷方式应避免由于惯性引起负荷过载。负荷可以增量递加，在两个增量之间取变

18、形读数，以提供加荷时的应力一变形数据。施加负荷所用的时间在这些限度内尽可能缩短。9.6.3在试验结束时测量卸荷时的瞬时收缩来确定总伸长中的弹性部分。9.6.4 如果一次试验由于某种原因而中断了，那么要在试验报告中记录重新开始试验时的各种情况。在试验时要减少载荷增量来防止试样的超载。10结果的计算10.1应力报出的应力值应等于施加到试样上的恒定轴向负荷值除以试验前在室温下测量的最小 横截面积。10.2变形10.2.1将伸长除以试样加荷前在室温下测出的引伸计标距来计算变形。对于各种变形测量 所用的伸长定义见第 3节，所采用的引伸计标距取决于引伸计连接点的位置。10.2.2如果引伸计连接到试样平行距

19、部分，则引伸计的标距为连接点之间的距离。10.2.3当引伸计附着于试样凸台时，这样记录的测量值包括过渡圆弧和凸台到引伸计连接 点之间的变形。对于这个附加的变形，希望加以修正。10.3蠕变曲线的表征10.3.1绘出蠕变或总塑性变形一一时间曲线。如果曲线在减速区后出现加速区，则通常在 最小斜率处对曲线作切线，此切线与蠕变曲线重合的线段称为第二蠕变区。从该曲线可得到下列结果：10.3.1.1 最小蠕变速率；10.3.1.2 切线与变形轴在时间为零时的截距；10.3.1.3 第二蠕变阶段开始的时间；10.3.1.4 第二蠕变阶段结束的时间。11.报告和试验室记录11.1即使两个试样的技术条件相同，可是一个试样的最小蠕变速度和断裂时间的数值可能 比另一个试样大几倍。 所以，对材料的叙述应当尽可能完备，报告中应尽可能包括下列资