金屬材料 延性試驗 多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗方法 規(guī)范要求

GB/T33820-20XX/ISO17340:2020本文件規(guī)定了室溫條件下多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗方法。本文件適用于具有50%或更高孔隙率的多孔狀和蜂窩狀金屬。本試驗方法應用的速度范圍為0.1m/s~100m/s（當試樣高度為100mm時，初始應變速率則為2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T13634金屬材料單軸試驗機檢驗用標準測力儀的校準（GB/T13634-2019，ISO376：2011，IDT）GB/T16825.1金屬材料靜力單軸試驗機的校準與檢驗第1部分：拉力和（或）壓力試驗機測力系統(tǒng)的校準與檢驗（GB/T16825.1-2022，ISO7500-1：2018，IDT）GB/T31930金屬材料延性試驗多孔狀和蜂窩狀金屬的壓縮試驗（GB/T31930—2015，ISO13314：2011，IDT）ISO80000-1量和單位第1部分：總則（Quantitiesandunits-Part1:General）3術語和定義GB/T31930界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1試驗速度testspeed給試樣施加壓力時，壓板接觸試樣的速度。3.2初始應變速度initialstrainrate試驗速度除以試樣的初始高度所得的值。3.3采樣頻率samplingfrequency單位時間內(nèi)測量數(shù)據(jù)采樣的次數(shù)。3.4跌落高度dropheight落錘沖擊試驗設備中壓板施加壓力的平面與試樣上表面的初始距離。3.5行程approachlength伺服式高速壓縮試驗設備中壓板施加壓力的平面與試樣上表面的初始距離。24符號和單位本文件使用的符號和單位見表1。表1符號和單位mhmgm/s2a1-Amm2ΔLe%FNσN/mm2σpleple%We%Wsta5原理本試驗以0.1m/s~100m/s的速度向多孔狀和蜂窩狀金屬材料施加沖擊力，測量壓縮力和位移，以此來評估試樣的高速壓縮形變特性，如平臺應力以及吸收能量等。多孔狀和蜂窩狀金屬施加高速壓縮力的試驗方法包括落錘式?jīng)_擊試驗和伺服式高速壓縮試驗。落錘式?jīng)_擊試驗通過使落錘從指定高度落下來施加壓縮力，試驗速度由跌落高度控制。需要注意的是，在壓縮形變過程中落錘會減速。當指定試驗速度所需要的跌落高度無法實現(xiàn)時，可以給落錘施加一個初始速度。伺服式高速壓縮試驗通過液壓式或電動式高速伺服設備施加壓縮力并控制試驗機速度，驅動裝置應能夠跟蹤試驗速度。6試驗設備6.1試驗設備類型多孔狀和蜂窩狀金屬高速壓縮試驗設備包括落錘式?jīng)_擊試驗機和伺服式高速壓縮試驗機。6.2落錘式?jīng)_擊試驗機6.2.1一般要求落錘式?jīng)_擊試驗機的基本結構如圖1所示。落錘式?jīng)_擊試驗機由錘頭、導向架、壓板、力傳感器、位移傳感器以及減震器組成（如6.2.2至6.2.6所述）。32475GB/T33820-20XX/ISO17340:202024756.2.2錘頭錘頭沿著導向架垂直跌落,并且能夠給試樣施加壓縮力。錘頭在跌落時不能因為沖擊而變形，而且應該可以自由改變重量。6.2.3壓板壓板位于試樣的頂部和底部，用于給試樣施加壓縮力。壓板的結構不會因為壓縮力而變形，能夠準確地傳遞軸向壓縮力，防止在試樣上產(chǎn)生除壓縮力之外的其他力的效應，比如彎曲應力等。壓板的表面積應足夠大，確保在試樣的整個端面均勻地施加壓縮力，直到徹底完成壓縮形變。壓板的施壓面應做拋光處理,壓板的上下表面應平行，上下壓板平面的中心線應與試驗機的加載線重合。6.2.4力傳感器力傳感器可以測量作用于試樣上的壓縮力，應依據(jù)GB/T13634對力傳感器進行校準。力傳感器的諧振頻率和硬度應足夠高，壓力的測量準確度級別應不低于1級。6.2.5位移傳感器位移傳感器用于測量試驗過程中錘頭的移動距離。為了避免慣性影響，位移傳感器應是非接觸式的。位移傳感器的響應速度應高于試驗速度，推薦使用激光位移傳感器及光學位移傳感器等高精度位移傳感器。12836圖1落錘式?jīng)_擊試驗機示意圖42564536.2.6減震器256453當試樣被錘頭壓縮到一定的高度時，減震器可以阻止錘頭繼續(xù)向下運動，以防損壞力傳感器。6.3伺服式高速壓縮試驗機6.3.1一般要求液壓伺服式高速壓縮試驗機的基本結構如圖2所示。伺服式高速壓縮試驗機由壓板、力傳感器、位移傳感器、安全銷以及擋板組成（如6.3.2至6.3.6所述）。6.3.2壓板壓板應符合6.2.3要求。6.3.3力傳感器力傳感器應符合6.2.4要求。6.3.4位移傳感器位移傳感器應符合6.2.5要求。圖2液壓伺服式高速壓縮試驗機示意圖5GB/T33820-20XX/ISO17340:20206.3.5安全銷安全銷是一個試驗力傳遞部件，用于防止超大壓縮力對力傳感器和壓板造成損壞。安全銷的材質和尺寸應足以承受所需的試驗力，并且可以在力傳感器和壓板承載范圍內(nèi)破裂，而不發(fā)生大的塑性變形。6.3.6擋板擋板位于兩個壓板之間，當試樣發(fā)生形變到指定高度時，擋板應使壓板停止運動。7試樣7.1試樣制備試樣應按照GB/T31930中規(guī)定的機加工、電火花加工等方法進行制備。在切取樣坯制樣時，不應改變多孔狀和蜂窩狀金屬的微孔結構和氣孔形狀。7.2試樣的形狀和尺寸試樣的形狀和尺寸要求如下：a）試樣應為柱體，橫截面應為正方形、矩形或圓形。b）試樣截面短邊的長度或圓柱形試樣直徑應當不低于10倍的平均孔洞尺寸。注：孔隙率明顯不均勻時可適當提高倍數(shù)。c）應在切割面測量平均孔洞尺寸。d）試樣的初始高度H0與直徑或短邊長度的比值應在1～2之間。在落錘沖擊試驗中，試樣的初始高度應大于2倍的H1，H1為落錘剛剛接觸到減震器時的試樣高度（見圖3）。e）落錘沖擊試驗中用于試驗的試樣形狀及尺寸應滿足GB/T31930的要求，可不考慮上述a)～d)。23H0H14圖3落錘沖擊試驗中試樣高度與減震器高度之間的關系68落錘沖擊試驗8.1試驗準備落錘沖擊試驗應按照如下方法進行準備：a）預試驗對相同材質的試樣應按照GB/T31930進行壓縮試驗，以便在正式試驗之前確定落錘的重量。應進行一次或多次預試驗以獲取壓縮應變達到50%的吸收能量值。b）設置跌落高度根據(jù)預定的試驗速度，用式（1）來確定跌落高度：h=……………………(1)式中：h——跌落高度，單位為米（mV0——試驗速度，單位為米每秒（m/s）；g——重力加速度，單位為米每二次方秒（m/s2初始應變速率，用式（2）進行計算：a=1000……………(2)式中：a——試樣的初始應變速率，單位為每秒（s-1H0——試樣的初始高度，單位為毫米（mm）?！?落錘重量落錘重量應滿足式（3）的要求： (3)式中：m——落錘重量，單位為千克（kg）；Wsta——8.1a）中所述的50%壓縮應變時的吸收能量，單位為兆焦每立方米（MJ/m3A——試樣的初始橫截面積，單位為平方毫米（mm2）。落錘的重量應足夠大，以確?？梢杂行в嬎阒付ㄔ囼炈俣认碌膲嚎s特性。d）運行檢查應依據(jù)GB/T16825.1對試驗機中測量壓縮力和位移數(shù)據(jù)的裝置進行檢查，確保其準確性。e）安全措施根據(jù)多孔狀和蜂窩狀金屬的類型，試樣在壓縮形變過程中可能會斷裂，碎片可能會向外散射。建議在試驗機周圍設置適當?shù)姆雷o裝置，以阻擋任意散射的碎片。GB/T33820-20XX/ISO17340:20208.2試驗落錘沖擊試驗按照如下步驟進行：a）應用合適的儀器測量試樣的尺寸，測量數(shù)據(jù)應按照ISO80000-1修約至0.1mm。b）安裝試樣時，使試樣中軸線與上下壓板的中軸線對齊。上壓板下表面宜涂潤滑劑。為了防止壓縮試驗過程中試樣發(fā)生移位，宜在試樣的下表面涂一層黏合劑，使其固定在壓板上。如果使用黏合劑，則應用固體膠帶或液體薄膜。應避免黏合劑滲透進試樣的開孔，以免限制了試樣底面孔狀結構的變形。c）應在指定位置安裝減震器。d）釋放錘頭，開始試驗。記錄壓縮力和位移，數(shù)據(jù)采樣頻率應不低于10kHz。9伺服式高速壓縮試驗9.1試驗準備伺服式高速壓縮試驗準備如下：a）擋板擋板的高度要與壓縮過程中試樣的最大位移相對應。b）行程根據(jù)試驗速度設置行程，使伺服式高速壓縮試驗可以在指定試驗速度下進行。在不安裝試樣的情況下使壓板運動，得到壓板運動的位移-時間曲線。基于該曲線，可以確定達到指定試驗速度需要的行程。c）運行檢查設備檢查見8.1d）。d）安全措施安全措施見8.1e）。9.2試驗伺服式高速壓縮試驗過程如下：a）試樣的尺寸見8.2a)；b）試樣的安裝要求見8.2b)；c）安全銷安裝于試驗機內(nèi)；d）擋板應安裝于壓板上面，其安裝位置應保證試樣在壓縮形變情況下不能與擋板接觸；e）設定指定試驗速度所需要的行程。f）對試樣以指定的試驗速度施加壓縮力，并記錄壓縮力和位移，數(shù)據(jù)采樣頻率應不低于10kHz。10計算10.1壓縮應變壓縮應變，應按式（4）進行計算：8e=根100…………（4）式中：e壓縮應變，單位為百分號（%）；ΔL——試樣原始標距段受力后的壓縮形變量，單位為毫米（mm）。10.2壓縮應力壓縮應力，應按式（5）進行計算：Fσ=A…………………式中：σ——壓縮應力，單位為牛每平方毫米（N/mm2F——壓縮力，單位為牛（N）。10.3壓縮應力-應變曲線壓縮應力-應變曲線應按如下方法繪制：a）根據(jù)10.1與10.2中得到的壓縮應變和壓縮應力，繪制壓縮應力-應變曲線（見圖4）。b）當壓縮應力包含周期性噪聲時[見圖4a)]，應通過濾波去除不必要的噪聲后再繪制壓縮應力-應變曲線[見圖4b)]，濾波方法參見附錄A。10.4平臺應力(σpl）平臺應力為在0.1%應變處對應的壓縮應力值或20%～30%的壓縮應變區(qū)間的壓縮應力平均值或20%～40%的壓縮應變區(qū)間的壓縮應力平均值[見圖5a)]，其定義見GB/T31930。10.5平臺結束點平臺結束點為應力-應變曲線中1.3倍平臺應力對應的點[見圖5a)]，其定義見GB/T31930。10.6平臺結束點應變（eple）平臺結束點應變?yōu)槠脚_結束點處的壓縮應變[見圖5a)]，其定義見GB/T31930。10.7吸收能量單位體積吸收能量的定義見GB/T31930，可按式（6）進行計算：式中：W——單位體積吸收能量，單位為兆焦每立方米（MJ/m3）;emax——壓縮應變的上限值，單位為百分號（%）。壓縮應變上限值為50%的壓縮應變值或者為平臺結束點應變值。根據(jù)需要也可采用其他的壓縮應變上限值[見圖5b)]。GB/T33820-20XX/ISO17340:2020a)含有噪聲的壓縮應力-應變曲線b)濾除噪聲后的壓縮應力-應變曲線圖4多孔狀鋁的壓縮應力-應變曲線a)平臺應力，平臺結束點和平臺結束點應變圖5多孔狀和蜂窩狀金屬的壓縮應力-應變曲線11試驗報告試驗報告應包括以下內(nèi)容：a）試樣：1）產(chǎn)品類型與名稱；2）材料、密度、孔隙率、孔隙類型(開孔或閉孔)和平均孔洞尺寸；3）試樣的尺寸以及是否含有表皮層；4）試樣的數(shù)量。b）試驗方法：1）環(huán)境溫度；2）使用的試驗設備；3）試驗速度和初始應變速率；4)是否使用潤滑劑，是否使用黏合劑；5)記錄壓縮力和位移的采樣頻率。c）試驗結果：1)平臺應力注：如果應力應變曲線沒有明顯的的平臺，報2)吸收能量（標明上限應變，比如：50%）試驗報告中還可包括以下內(nèi)容：a）壓縮力-位移曲線；注：在落錘沖擊試驗中，應清晰地標明減震器起作b）壓縮應力—應變曲線；GB/T33820-20XX/ISO17340:2020c）平臺結束點和平臺結束點應變；d）測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計。（資料性）測量數(shù)據(jù)的濾波A.1概述本附錄提供了濾波的補充描述，濾波用于消除多孔狀和蜂窩狀金屬壓縮應力-應變曲線的噪音信號。A.2濾波壓縮力和位移的測量數(shù)據(jù)可能會包含周期性噪聲，這可能是由高速壓縮試驗機中力傳感器以及位移傳感器的響應特性造成的，或者是由試驗機的硬度以及諧振頻率引起的。圖A.1為從落錘沖擊試驗機得到的壓縮應力-應變曲線，該試驗機裝有應變式力傳感器。在這種情況下，壓縮應變（壓縮力）就包含有周期性噪聲。當測量數(shù)據(jù)含有這種噪聲時，可以使用濾波器去除。然而，使用的濾波器不能影響試樣的原始高速壓縮形變特性。A.3濾波器的頻率特性ISO6487[1]和SAEJ-211-1[2]將測量通道的頻率等級（CFC）分為四類：CFC60、CFC180、CFC600以及CFC1000。每個頻率等級的編號都表示一個頻率值（單位為：Hz），頻率特性中高于該頻率的部分會開始下降（被濾除）。也就是說，通道頻率等級的編號越小，被濾除的頻率就越低。對于多孔狀和蜂窩狀金屬的高速壓縮試驗中的濾波，建議參考上述描述。圖A.2為對圖A.1中的原始波形進行不同CFC等級的數(shù)值濾波后得到的壓縮應力-應變曲線，CFC等級的數(shù)值越小，得到的曲線就越平滑