ICS 49.025.01 V 10
金属材料细节疲劳额定强度截止值
测定方法
Testing method for cut-off value of metallic materials detail fatigue rating
2023-12-29 发布 2024-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本文件按 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件代替 HB 7110-1994《金属材料细节疲劳额定强度截止值(DFRcutoff)试验方法》。
本文件与 HB 7110-1994 相比，主要技术内容变化如下：
a) 删除了图 1～图 3(见 1994 年版的第 3 章);
b) 增加了 Kt=1.5 的双边半圆缺口试样(见 4.1);
c) 试验频率由“500～1800 次/分”改为“不超过 50Hz”(见 6.3，1994 年版的 5.2.3);
d) 试验数据处理中增加了试样未断时的特征寿命的求取方法(见第 7 章);
e) ST 系数取值由 1.0 改为 1.3(见 7.3，1994 年版的 7.2);
f) 钢的系数选取改为按强度级别选取(见表 3～表 5，1994 年版的 7.1 和 7.2)。
本文件由中国航空综合技术研究所归口。
本文件起草单位：中国航发北京航空材料研究院。
本文件主要起草人：陈勃、胡本润、叶序彬、马少俊、童第华、张丽娜、赵晓辰、高倩倩、黄颐。本文件于 1994 年首次发布。
金属材料细节疲劳额定强度截止值测定方法
1 范围
本文件规定了测定金属材料细节疲劳额定强度截止值的试样、试验设备、试验程序、试验数据处理和试验报告。
本文件适用于测定金属材料室温下细节疲劳额定强度截止值。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 10623 金属材料力学性能试验术语
JJG 556 轴向加力疲劳试验机检定规程
3 术语和定义、符号
3.1 术语和定义
GB/T 10623 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
细节疲劳额定强度 detail fatigue rating (DFR)
结构细节本身固有的疲劳性能特征值，是一种对构件质量和耐重复载荷能力的度量，与使用载荷无关。该值是当应力比 R=0.06 时，具有 95%可靠度和 95%置信度的结构细节疲劳寿命能够达到 105 次的最大应力。
3.1.2
细节疲劳额定强度截止值 cut-off value of detail fatigue rating (DFRcutoff)
结构允许使用的最大 DFR 值，反映了由于在制造过程中正常操作可能引起的典型损伤或使用中轻微腐蚀后材料的抗疲劳品质，通常相当于应力集中系数小于 1.5 的缺口试样的 DFR 值。
3.2 符号
本标准使用的符号、名称及单位见表 1。
表 1 符号、名称及单位
表 1 符号、名称及单位(续)
4 试样
4.1 试样的形状和尺寸
可采用预制损伤试样或 Ktn=1.5 的双边半圆缺口试样。推荐预制损伤试样的形状和尺寸见图 1 a)，试样上的预制损伤见图 1 b)。推荐双边半圆缺口试样的形状和尺寸见图 2，试样的夹持段长度为 30mm~ 50mm，夹持面受力均匀，试样总长度大于或等于 200mm。试样厚度可根据试验需求选择， 对于使用原始板材厚度的试样，试样表面的平行度和平面度可不做要求。
4.2 试样加工
4.2.1 试样用材料应符合相应的技术条件或技术标准的要求。
4.2.2 金属板材切取毛坯时，切边与最终完成试样边缘的距离一般应不少于 5mm。
4.2.3 试样在加工过程中不应因受冷作硬化或过热作用而影响材料性能。
4.2.4 试样上的预制损伤在热处理后推荐按图 1 b)的要求完成，棱边的一侧用人工敲击或使用缺口敲击仪制作，另一对角边用锉削制作。敲击缺口的尺寸见表 2。
a) 预制损伤试样的形状与尺寸图 1 DFRcutoff 预制损伤试样
b) 损伤预置示意图
图 1 DFRcutoff 预制损伤试样(续)
表 2 预制损伤尺寸
单位：mm
图 2 DFRcutoff 双边半圆缺口试样
4.3 试样检验和保护
4.3.1 试样加工完成后应按图样要求进行检验，合格试样应给出试样加工合格证。
4.3.2 合格试样应采取保护措施，以防止表面划伤和腐蚀。
5 试验装置
推荐采用液压伺服疲劳试验机开展试验。试验机应按 JJG 556 的要求定期检定，静态载荷误差控制
在±1%以内，动态载荷误差控制在±2%以内，同轴度控制在±5%以内。
6 试验程序
6.1 试样检查与尺寸测量
6.1.1 去除试样表面油污，检查试样测试部位是否有意外损伤。
6.1.2 在垂直于加载轴线的最小截面处测量试样的厚度与宽度。厚度 T 的测量精度不低于 0.01mm，宽度 W 的测量精度不低于 0.02mm。
6.2 试样安装
试样安装应保证加载力均匀分布在试样横截面上。
6.3 试验波形与频率
试验波形为 R=0.06 的正弦波，频率不超过 50Hz。
6.4 双点法、单点法试验
6.4.1 可采用双点法或单点法测定细节疲劳额定强度截止值。
6.4.2 双点法测定细节疲劳额定强度截止值的试验方法如图 3 所示。根据经验选择两级应力水平进行R=0.06 下的恒幅疲劳试验，每个应力水平下的有效试样数量不少于 5 件。所选的应力水平宜使得寿命 N分别在(104～105)次、(1.5×105～5×105)次范围内。若试样达到指定的上限寿命(推荐为 5×105 次)仍未破坏，则停止该试样测试。
6.4.3 单点法测定细节疲劳额定强度截止值的试验方法为：根据经验选择一应力水平进行 R=0.06 下的恒幅疲劳试验，有效试样数量不少于 5 件。该应力水平宜使得特征寿命 β 在(1.5×105～4×105)次范围内。若试样达到指定的上限寿命仍未破坏，则停止该试样测试。
图 3 双点法求 DFRcutoff 示意图
7 试验数据处理
7.1 数据取舍
若试样未断裂在预制损伤部位或试样断口有明显冶金缺陷或其他缺陷的，数据应舍弃。
7.2 特征寿命β 的计算
按公式(1)、公式(2)对试验数据进行处理，计算特征寿命。
所有 n 个试样全部破坏时， β 按公式(1)计算：
………………………………………………(1)
式中：
α ——威布尔分布的形状参数，取值见表 3。
所有 n 个试样中 k 个破坏时(其余试样达到指定寿命 N 停止试验)， β 按公式(2)计算：
………………………………………………(2)
表 3 形状参数α 取值表
7.3 可靠度 R =95%、置信度 C=95%的寿命 N95/95
按公式(3)计算可靠度 R=95%、置信度 C=95%的寿命 N95/95：
N
式中：
ST ——试样系数，取值 1.3;
SR ——可靠度系数，取值见表 4;
Sc ——置信度系数，取值见表 5。
表 4 可靠性系数 SR 取值表
表 5 置信度系数 Sc 取值表
7.4 细节疲劳额定强度截止值的计算
7.4.1 细节疲劳额定强度截止值的计算示例参见附录 A。
7.4.2 双点法求解细节疲劳额定强度截止值：将两组数据的 N95/95 寿命点绘制在坐标为最大应力和对数寿命的坐标图上，连接两个 N95/95 寿命点的直线与寿命 N=105 交点所对应的最大应力即是细节疲劳额定强度截止值，参见图 A.1。
7.4.3 单点法求解细节疲劳额定强度截止值：将一组数据的 N95/95 代入公式(4)中计算获得。
式中：
σm0 和 S 的取值见表 6。
表 6 σm0 和 S 取值表
8 试验报告
试验报告一般包括下列内容：
a) 材料牌号、生产厂家、炉批号、品种、规格、热处理制度或状态等;
b) 试样编号、取样方向、取样位置、尺寸和表面状况等;
c) 试样预制损伤的加工方法;
d) 试验机型号、试验频率、载荷大小、应力比、加载方式;
e) 试验过程中不符合本标准的任何情况;
f) 试样异常断裂时注明断裂位置;
g) 数据处理时剔除的数据及原因;
h) 试验数据及处理结果;
i) 试验日期、温度、湿度、人员。
附录 A
(资料性)
细节疲劳额定强度截止值计算示例
A.1 概述
本附录是某铝合金细节疲劳额定强度截止值计算示例。
A.2 疲劳试验
疲劳试验数据如下：
a) 第一组试验数据：最大载荷σmax=275MPa，R=0.06。5 个测试试样的寿命分别为 18100 次、 49200 次、27500 次、51700 次、27900 次;
b) 第二组试验数据：最大载荷σmax=216MPa，R=0.06，6 个测试试样的寿命分别为 285700 次、 243200 次、417100 次、230700 次、234200 次、360200 次。
A.3 计算特征寿命β
特征寿命β 计算方法如下：
a) 第一组试验数据
β = [(181004 + 492004 + 275004 + 517004 + 279004 )/ 5]1/ 4
= 41116
b) 第二组试验数据
β = [(2857004 + 2432004 + 4171004 + 2307004 + 2342004 + 3602004 )/ 6]1/ 4
= 320238
A.4 计算 N95/95
N95/95 计算方法如下：
a) 第一组试验数据
N95/95 = 41116/(1.3×2.1×1.16)=12983
b) 第二组试验数据
N95/95 = 320238/(1.3×2.1×1.15)=102003
A.5 计算 DFRcutoff 值
DFRcutoff 值计算方法如下：
a) 双点法求 DFRcutoff 值见图 A.1，DFRcutoff=216.5MPa;
b) 单点法(利用第二组试验数据求解)：将N95/95=102003代入公式(4)，解得DFRcutoff =216.8MPa。
图 A.1 双点法求 DFRcutoff 示意图
