T-CSTM 00790.3-2022 汽車(chē)用薄鋼板 第3部分：軸向應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)方法

2022-11-23發(fā)布2023-I本部分為T(mén)/CSTM00790《汽車(chē)用薄鋼板試驗(yàn)方法》的第3部分。本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC99）提出。本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC99）歸口。1體系設(shè)計(jì)上形成汽車(chē)薄板的系列化，特制訂汽車(chē)用薄鋼板系列T/CSTM00790《汽車(chē)用薄鋼板試驗(yàn)方法》擬由4部分構(gòu)成：應(yīng)變的均勻性和一致性以及大應(yīng)變量的十字形拉伸試樣形狀和本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)提請(qǐng)注意，聲明符合本文件時(shí)，可能涉及到6.2.1條（榫卯結(jié)構(gòu)的防屈曲裝置）與申請(qǐng)?zhí)?02010646804.4《一種汽車(chē)薄板應(yīng)變疲勞試驗(yàn)裝置及方法》相關(guān)的專(zhuān)利的使用。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)對(duì)于該專(zhuān)利的真實(shí)性、有效性和范圍無(wú)任何立場(chǎng)。該專(zhuān)利持有人已向本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)承諾，他愿意同任何申請(qǐng)人在合理且無(wú)歧視的條款和條件下，就專(zhuān)利授權(quán)許可進(jìn)行談判。該專(zhuān)利持有人的聲明已在本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)備案。相關(guān)信息可以通過(guò)以下聯(lián)系方式獲專(zhuān)利持有人姓名：鞍鋼股份有限公司地址：中國(guó)遼寧省鞍山市鐵西區(qū)鞍鋼廠區(qū)請(qǐng)注意除上述專(zhuān)利外，本文件的某些內(nèi)容仍可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。汽車(chē)用薄鋼板第3部分：軸向應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)方法本文件規(guī)定了室溫下汽車(chē)用薄鋼板試樣（沒(méi)有引入應(yīng)力集中）軸向應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)的術(shù)語(yǔ)和定義、符號(hào)和說(shuō)明、設(shè)備、試樣、試驗(yàn)程序、數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)報(bào)告。本文件適用于厚度不大于3.0mm（試樣最小厚度0.5mm）的汽車(chē)用薄鋼板（不包括缺口試樣)在恒幅條件下應(yīng)變控制且應(yīng)變比Re=-1的軸向加載試驗(yàn)。指定在其他應(yīng)變比Re下進(jìn)行試驗(yàn)也可參照?qǐng)?zhí)行。下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是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/T26077—2021金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向應(yīng)變控制方法GB/T26077界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。GB/T26077界定的符號(hào)適用于本文件。應(yīng)符合GB/T26077中5.1、5.2、5.4、5.5的規(guī)定。必要時(shí)應(yīng)采用防屈曲裝置，其幾何尺寸需與試樣配套并允許在測(cè)試橫截面寬度的側(cè)面測(cè)量應(yīng)變，防屈曲裝置應(yīng)使試樣失效在測(cè)試段內(nèi)。推薦兩種結(jié)構(gòu)的防屈曲裝置：2——厚度小于1.5mm且屈服強(qiáng)度小于600MPa時(shí)，如冷軋低碳鋼，連續(xù)熱鍍鋅鋼、烘烤硬化鋼、雙向鋼中的DP450、DP490、DP590、DP780、高強(qiáng)度無(wú)間隙原子鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、各向異性鋼、相變誘導(dǎo)塑性鋼、復(fù)相鋼中的CP590和CP780、碳錳鋼等，推薦采用榫卯結(jié)構(gòu)的防屈曲裝置，如圖1所示；——屈服強(qiáng)度大于600MPa時(shí)，如雙向鋼中的DP980、DP1180、馬氏體鋼、復(fù)相鋼中的CP980、淬火配分鋼中的QP980、QP1180、欒晶誘導(dǎo)塑性鋼等，推薦采用頂端平齊的防屈曲裝置，如圖2所示。防屈曲裝置包括上夾具、左右兩個(gè)防屈曲板及下夾具，其幾何尺寸需與試樣配套并允許在測(cè)試橫截面寬度的側(cè)面測(cè)量應(yīng)變。假想露出的試樣夾持端就相當(dāng)于試樣的“測(cè)試段”，采用榫卯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，將試驗(yàn)機(jī)的上、下夾具各切割n個(gè)直槽，同時(shí)設(shè)計(jì)左、右防屈曲板與之榫卯連接，即夾具底部的多個(gè)榫眼與防屈曲板頂部的多個(gè)榫頭配合連接形成的榫卯結(jié)構(gòu)，這樣就使露出的夾持端寬度W被平均分割成（2n+1）份，相當(dāng)于減小了夾持端的“測(cè)試橫截面寬度w”，避免了夾持端露出的部分處于平面應(yīng)變狀態(tài)，而導(dǎo)致薄板材料在該處屈曲。為避免試樣斷裂時(shí)觸發(fā)極限而導(dǎo)致的夾具榫頭與防屈曲板榫眼相撞，對(duì)應(yīng)試樣的縱向，夾具與防屈曲裝置的榫卯連接處間隙為1mm～2mm，對(duì)應(yīng)試樣的橫向，夾具與防屈曲裝置的榫卯連接處間隙為0.5mm～1mm?？刹捎门ちΠ馐志o固防屈曲裝置，施加相同的鎖緊扭矩，使防屈曲裝置受力均勻，避免因某個(gè)螺絲松動(dòng)而影響試驗(yàn)結(jié)果。聚四氟乙烯板寬度要稍小于防屈曲板中間立柱寬度，可采用雙面膠粘貼聚四氟乙烯板。依據(jù)試樣厚度及強(qiáng)度不同，可設(shè)計(jì)不同尺寸的防屈曲板中間立柱寬度。應(yīng)在每個(gè)試驗(yàn)開(kāi)始前通過(guò)記錄試樣在安裝防屈曲裝置前后在拉伸彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，比較彈性模量增量，彈性模量的測(cè)量值與預(yù)期值的偏離宜不超過(guò)±5%，確定附加摩擦力的大小。依據(jù)試樣厚度、強(qiáng)度不同選擇不同的鎖緊扭矩，一般在0.5Nm～1.4Nm之間，在試驗(yàn)過(guò)程中保證防屈曲裝置不滑落的前提下可適當(dāng)減小鎖緊扭矩以減小摩擦力對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。采用約0.5mm厚的聚四氟乙烯板或氮化硼粉末干燥潤(rùn)滑劑能在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題。不推薦使用烴基潤(rùn)滑劑因?yàn)樗锌赡軐?duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。對(duì)于厚度較薄且強(qiáng)度很低的汽車(chē)用薄鋼板，可將聚四氟乙烯板延長(zhǎng)至夾具榫眼處，避免夾持段范圍疲勞失效提前發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。4試樣夾持部分應(yīng)與試樣軸線或縮小的試驗(yàn)截面軸線保持同軸或?qū)ΨQ(chēng)。試樣夾持部分的橫twraL0LpW4.0～5.056PL156PL28PL38PL4PL5PL6滿(mǎn)足試樣安裝條件的情況下，試樣平行長(zhǎng)度大于引伸計(jì)標(biāo)距1mm～3mm即可，避免出現(xiàn)試樣標(biāo)距部分寬度屈曲。試樣測(cè)試橫截面寬度與防屈曲板的中間立柱寬度建議相差不超過(guò)2mm，以免出現(xiàn)試樣標(biāo)距部分厚度屈曲。盡量選擇小標(biāo)距引伸計(jì)，對(duì)于強(qiáng)度低的汽車(chē)用薄鋼板，推薦采用小尺寸試樣。6.6.1試樣所采用的加工工藝應(yīng)盡可能使試樣表面產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和加工硬化減至最小，在加工過(guò)程中應(yīng)防止過(guò)熱或其他因素的影響而改變材料的疲勞性能，力求試樣表面質(zhì)量均勻一致。6.6.2試樣拋光完成后應(yīng)涂一層防腐蝕油，測(cè)試前應(yīng)將其去除，避免影響測(cè)試結(jié)56.6.3試樣工作部分與圓弧過(guò)渡部分的連接應(yīng)光滑，不得有6.6.4建議縱向銑削或線切割后，再用縱向磨拋的方法進(jìn)行試驗(yàn)段部分表面的最后精加工。需采取措施6.6.6應(yīng)在精加工完成后對(duì)試樣的尺寸進(jìn)行檢查，采用——試樣制備好后，應(yīng)保存以防止任何損傷(接觸刮傷或氧化等)。建議采用單獨(dú)的盒子或帶封頭的管保存試樣。在某些情況下，應(yīng)將試樣存放在真空瓶或者放有硅膠的干燥器中；——應(yīng)盡量減少對(duì)試樣的運(yùn)輸；——對(duì)試樣進(jìn)行標(biāo)記時(shí)應(yīng)特別注意。推薦在試樣的兩端標(biāo)記試樣，這樣兩段斷后的試樣都可以被識(shí)別出來(lái)。試驗(yàn)通常在室溫（10℃~35℃)下進(jìn)行，相對(duì)濕度≤80%。試驗(yàn)時(shí)保證最小限度的大氣污染（如灰塵、化學(xué)蒸汽等）、沒(méi)有能夠影響試驗(yàn)機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集的外部電信號(hào)干擾以及最小限度的外部機(jī)械振動(dòng)。7.3.1對(duì)于先前對(duì)中好的試驗(yàn)系統(tǒng)，可采用兩a)先采用位移控制，將試樣夾在上、下夾頭的一端，然后移動(dòng)作動(dòng)器，到合適位置后轉(zhuǎn)為力控制，并將力設(shè)置為零，夾好試樣的另一端，再裝夾引伸計(jì)，當(dāng)其輸出歸零后，可以進(jìn)行應(yīng)變控制轉(zhuǎn)換進(jìn)行試驗(yàn)；b)采用位移控制，要預(yù)先設(shè)定好試樣載荷保護(hù)，要求載荷保護(hù)的力值不超過(guò)屈服強(qiáng)度的5%。7.3.2試樣在安裝時(shí)應(yīng)盡量避免預(yù)應(yīng)變，要保證夾持過(guò)程中試樣不得受到明顯的附加力。防屈曲7.3.3推薦選用硬質(zhì)合金表面、金剛石端點(diǎn)表便于引伸計(jì)與試樣接觸。引伸計(jì)刀口要與試樣用兩只相同的引伸計(jì)分別放在測(cè)試橫截面寬度的兩側(cè)邊上測(cè)量應(yīng)變，并取其平均值作為試驗(yàn)的控制參量，若實(shí)驗(yàn)室無(wú)法滿(mǎn)足雙引伸計(jì)控制也可考慮單側(cè)安裝一個(gè)7.4.2引伸計(jì)安裝時(shí)刀口引起的輕微劃痕或者引伸計(jì)箍緊力較大會(huì)導(dǎo)致引伸計(jì)與試樣表面接觸處生裂紋，導(dǎo)致測(cè)試壽命偏短。建議可在引伸67.4.3引伸計(jì)必須穩(wěn)定固定在試樣上，以確保整個(gè)試驗(yàn)過(guò)控制參量(應(yīng)變)的波形應(yīng)為三角波或正弦波，推薦使用三角波，加載速率控制。加載速率在5×10-4/s～1×10-2/s之間，但應(yīng)保證試樣不得發(fā)熱。在試驗(yàn)過(guò)程中波形應(yīng)保持不變。建議在試驗(yàn)開(kāi)始前進(jìn)行摩擦力的檢驗(yàn)（見(jiàn)附錄A）或彈性模量檢查試驗(yàn)。彈性模量檢查試驗(yàn)是在彈性范圍內(nèi)對(duì)試樣反復(fù)施加循環(huán)力，測(cè)定材料在安裝防屈曲裝置后的拉伸彈性模量，拉伸彈性模量的測(cè)量值與彈性模量的偏離應(yīng)不超過(guò)±5%。通常前四分之一循環(huán)的方向選擇拉伸應(yīng)力，彈性模量檢查后將控制方式由力轉(zhuǎn)為應(yīng)變，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)在沒(méi)有過(guò)沖的情況下完成轉(zhuǎn)換，過(guò)沖會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的實(shí)際應(yīng)變幅值與控制應(yīng)變幅值的差值應(yīng)不超過(guò)控制應(yīng)變幅值的5%。為了達(dá)到7.2規(guī)定的應(yīng)變水平，應(yīng)對(duì)應(yīng)變量進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)調(diào)整過(guò)程應(yīng)在前10個(gè)循環(huán)或失效循環(huán)數(shù)的1%（取其小者）內(nèi)完成。試驗(yàn)開(kāi)始后一般在試樣失效之前不得中斷。如果由于意外造成中斷，在恢復(fù)試驗(yàn)前應(yīng)確認(rèn)：——在停止過(guò)程中并未損壞試樣（即彎曲）；——引伸計(jì)未發(fā)生滑動(dòng)；——意外停止前應(yīng)力是連續(xù)的；——模量與意外停止前相同;——應(yīng)變限值與意外停止前相同。可以通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)以上兩種情況進(jìn)行確認(rèn)。未發(fā)生上述兩種情況下允許在保證沒(méi)有過(guò)沖的條件下恢推薦試樣數(shù)量至少為8件，得到的疲勞應(yīng)變-循環(huán)曲線圖在循環(huán)次數(shù)上最少應(yīng)覆蓋3個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于X-Y記錄系統(tǒng)在試驗(yàn)開(kāi)始階段，應(yīng)連續(xù)記錄由應(yīng)變控制反饋的原始應(yīng)力-應(yīng)變滯后迥線，然后在試驗(yàn)期間應(yīng)定期記錄這一曲線。數(shù)據(jù)記錄頻率的選擇與預(yù)期的試驗(yàn)循環(huán)數(shù)有關(guān)，通常采用的數(shù)據(jù)記錄組包括試驗(yàn)的前10個(gè)循環(huán)，接下來(lái)按照對(duì)數(shù)增長(zhǎng)（如20，50，100，200，500等）。對(duì)于自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以通過(guò)預(yù)先設(shè)定好循環(huán)數(shù)的程序或者根據(jù)兩個(gè)參量（應(yīng)力和應(yīng)變）的變化量制定程序來(lái)完成采集循環(huán)數(shù)的選取。不論采用哪種記錄方式，給定的數(shù)據(jù)采樣速率應(yīng)能夠清晰描述滯后迥線。如果試驗(yàn)設(shè)備允許，記錄隨時(shí)間變化的應(yīng)力、應(yīng)變。如不能做到這一點(diǎn)，至少應(yīng)記錄應(yīng)力、應(yīng)變的峰值以便根據(jù)7.9確定試樣失效。當(dāng)達(dá)到選定的終止試驗(yàn)條件且試驗(yàn)機(jī)配備條件控制設(shè)備停機(jī)時(shí)試驗(yàn)將終止。如果沒(méi)有這一裝置，應(yīng)采用其他可行的停止試驗(yàn)機(jī)的方法，如當(dāng)力值達(dá)不到某一力值門(mén)檻（一般而言，這是一個(gè)取決于幅值的滿(mǎn)量程的分?jǐn)?shù)）時(shí)可使用控制信號(hào)，當(dāng)控制信號(hào)與反饋信號(hào)達(dá)到某一差值時(shí)終止試驗(yàn)。7.10.1根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮退嚥牧咸匦源_定失效標(biāo)準(zhǔn)?？蛇x擇判斷標(biāo)a)試樣完成斷裂為兩部分；b)最大拉伸應(yīng)力相對(duì)于試驗(yàn)確定的水平發(fā)生某一百分?jǐn)?shù)的變化。7.10.2記錄與試驗(yàn)機(jī)框架相關(guān)的裂紋萌生位7.10.3對(duì)于一組試驗(yàn)所使用的失效判下，Nf被定義為在拉伸應(yīng)力一循環(huán)次數(shù)曲線上應(yīng)力值急劇下降x%時(shí)的循環(huán)次數(shù)。通常x的值為10，x值7.10.4失效循環(huán)的次數(shù)通常從上邊界應(yīng)力或7.10.5這一失效判據(jù)與在試樣上出現(xiàn)7.10.6對(duì)于完全斷裂或部分?jǐn)嗔训脑嚇?，?yīng)7.10.7為了確認(rèn)試驗(yàn)的有效性應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行引伸計(jì)留下的過(guò)大的卡痕或者由于對(duì)中問(wèn)題引起8a)對(duì)于在初始硬化以及軟化后存在穩(wěn)定狀態(tài)或一直處于穩(wěn)定狀態(tài)的材料b)對(duì)于連續(xù)軟化的材料應(yīng)記錄7.8.1規(guī)定的記錄頻率下的峰值應(yīng)力、應(yīng)變范圍與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系和應(yīng)力-應(yīng)變滯后回線，以及下述兩種情況發(fā)生時(shí)的循環(huán)次數(shù)：——拉伸應(yīng)力第一次下降到由7.10選定的條件值以下。不同類(lèi)型的應(yīng)變值所示如下：a)emax和emin是實(shí)際測(cè)量值，Δet是應(yīng)變范圍;b)Δee由△S/E計(jì)算得到；c)對(duì)于沒(méi)有保持時(shí)間的連續(xù)循環(huán)試驗(yàn)Δep，由Δet—Δee計(jì)算得到。Nf由7.10.1a）和7.10.1b）給出。8.2.3應(yīng)力-應(yīng)變及應(yīng)變-疲勞壽表2～表4列出了由拉伸試驗(yàn)（參考材料數(shù)據(jù)）及低循環(huán)疲勞試驗(yàn)[應(yīng)力一應(yīng)變曲線（前1/4循環(huán)），在Nf/2下的循環(huán)應(yīng)力一應(yīng)變曲線，疲勞壽命Nf］測(cè)定的材料性能。EnlgσalgΔεp/2曲線的斜率K強(qiáng)度系數(shù)。在lgσa—lgΔεp/2曲線上εpaσa=K(Δεp/2)n曲線的斜率nlgσalgΔεp/2曲線的斜率K在lgσalgΔεp/2曲線上εpa=1對(duì)應(yīng)的應(yīng)力截距σa=K(Δεp/2)n在lgσalg2Nf曲線上2Nf=1對(duì)應(yīng)的應(yīng)力截距σa=σ(2Nf)bbcΔεt/2=(σ/E)(2Nf)b+ε(2Nf)c當(dāng)Re=-1時(shí)，疲勞結(jié)果通常用于表示材料……………(1)并認(rèn)識(shí)到循環(huán)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，如式(2)所示：…………(2)替換后，如式(3)所示:…………(3)對(duì)于總應(yīng)變一壽命關(guān)系中的雙對(duì)數(shù)線性部分，后續(xù)可以寫(xiě)出Coffin-Manson關(guān)系，如式(4)所示：…………(4)對(duì)子總應(yīng)變的（中文Basquin或彈性應(yīng)變壽命對(duì)數(shù)線性部分，可按式(5)寫(xiě)出：Δεe/2=(σ/E)(2Nf)b…………(5)當(dāng)組合這些對(duì)數(shù)線性關(guān)系時(shí)，如式(6)所示：Δεt/2=(σ/E)(2Nf)b+ε(2Nf)c…………(6)或者類(lèi)似的應(yīng)變一壽命關(guān)系。在上述本構(gòu)關(guān)系中，應(yīng)注意的是應(yīng)變和應(yīng)力的名稱(chēng)是真應(yīng)力和真應(yīng)變，并且這些在約10%的總應(yīng)變值時(shí)基本上等于工程應(yīng)力和工程應(yīng)變。還應(yīng)注意，塑性應(yīng)變和非彈性應(yīng)變的術(shù)語(yǔ)可以互換使用。9.1概述試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括試驗(yàn)?zāi)康?、材料信息、試?yàn)方法、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)結(jié)果以及在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的任何異常或中斷。這些信息包括9.2～9.8所示內(nèi)容。9.2試驗(yàn)?zāi)康难芯康哪康摹?.3材料材料的報(bào)告內(nèi)容包括：——牌號(hào)；——化學(xué)成分；——名稱(chēng)；——熱處理制度；——顯微組織/硬度；——在試驗(yàn)溫度下的力學(xué)性能。試樣圖包括：——取樣位置及方向；——最終加工狀態(tài)及表面粗糙度Ra。9.5試驗(yàn)方法9.5.1試驗(yàn)設(shè)備的報(bào)告內(nèi)容包括：——機(jī)架承載能力：±___kN校準(zhǔn)：___kN;——作動(dòng)器類(lèi)型(液壓、電子機(jī)械等)；——作動(dòng)器的承載能力：±___kN；——控制類(lèi)型（模擬、數(shù)字、混合）。——夾具類(lèi)型（手動(dòng)或液壓預(yù)緊、描述或圖片——在試驗(yàn)力下確認(rèn)對(duì)中及彎曲等級(jí)的方法；——使用的描述（圖表或圖片——標(biāo)距：___mm；——量程范圍：±___mm；——校準(zhǔn)程序及結(jié)果；——最近一次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)：9.6試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件的報(bào)告內(nèi)容包括：——軸向應(yīng)變范圍;——應(yīng)變比Re（=emin/emax）：__________；——波形：__________；——應(yīng)變速率或頻率：__________；——前1/4循環(huán)方向（拉伸或壓縮）；——細(xì)說(shuō)明停留時(shí)間和所采用的控制策略。9.7試驗(yàn)結(jié)果表述見(jiàn)表5。εtaεpa2NfΔεe/2=(σ/E)(2Nf)b或Δσ/2=σ(2Nf)bΔεt/2=(σ/E)(2Nf)b+ε(2Nf)cΔσ/2=K(Δεp/2)nl系數(shù)σ/MPa系數(shù)K/MPa摩擦力檢驗(yàn)首先進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)，試樣與應(yīng)變疲勞試樣尺