路径: 主页 > GB/T > 第724页 > GB/T 46428.1-2025 | 标准编号 | GB/T 46428.1-2025 (GB/T46428.1-2025) | | 中文名称 | 金属材料 板状、棒状微型试样 第1部分：疲劳试验方法 | | 英文名称 | Metallic materials - Miniature specimens of plate and rod - Part 1: Fatigue test method | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H22 | | 国际标准分类 | 77.040.10 | | 字数估计 | 18,160 | | 发布日期 | 2025-10-31 | | 实施日期 | 2026-05-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 46428.1-2025: 金属材料 板状、棒状微型试样 第1部分：疲劳试验方法
ICS 77.040.10
CCSH22
中华人民共和国国家标准
金属材料 板状、棒状微型试样
第1部分:疲劳试验方法
Part1:Fatiguetestmethod
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 符号 2
5 原理 3
6 试样 4
7 试验装置 5
8 试验程序 6
9 数据处理 8
10 试验报告 10
附录A(资料性) 推荐试样及夹具 11
参考文献 13
前言
本文件按照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。
本文件是GB/T 46428《金属材料 板状、棒状微型试样》的第1部分。GB/T 46428已经发布了以
下部分:
---第1部分:疲劳试验方法。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国钢铁工业协会提出。
本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。
本文件起草单位:西南交通大学、冶金工业信息标准研究院、成都微力特斯科技有限公司、国家能源
集团新能源技术研究院有限公司、深圳三思纵横科技股份有限公司、天津大学、苏州热工研究院有限公
司、中航试金石检测科技(大厂)有限公司、国标(北京)检验认证有限公司、国合通用(青岛)测试评价有
限公司、太行国家实验室。
本文件主要起草人:蔡力勋、包陈、侯慧宁、黄茂波、杜晋峰、李娴、刘杰、陈刚、祁爽、李鲁林、王巍、
李铸铁、董莉、肖怀荣、周超、林强、范敏郁、梁博、张红菊、梁锡炳、雷力明、郭碧城、李林平、李兵兵、黄平、
周峰峦、宁文磊、臧昊良、杨光俊、余京泰。
引 言
GB/T 46428《金属材料 板状、棒状微型试样》是针对板状、棒状微型试样建立的系列微试样力学
试验方法标准。GB/T 46428拟由三个部分构成。
---第1部分:疲劳试验方法。目的在于规范金属材料板状、棒状微型试样的疲劳试验方法。
---第2部分:蠕变试验方法。目的在于规范金属材料板状、棒状微型试样的蠕变试验方法。
---第3部分:蠕变-疲劳试验方法。目的在于规范金属材料板状、棒状微型试样的蠕变-疲劳试验
方法。
现行低周疲劳试验标准均推荐采用等截面试样开展等幅应变控制低周次循环试验,无法用于易产
生循环失稳的薄板材料。本文件提供的方法采用漏斗形板状试样实现薄板的等幅应变控制循环试
验,以获得材料的应变幅-寿命关系、循环应力-应变响应等疲劳性能。
金属材料 板状、棒状微型试样
第1部分:疲劳试验方法
1 范围
本文件描述了金属材料板状、棒状微型试样的疲劳试验方法,规定了试验方法的原理、试样、试验装
置、试验程序、数据处理和试验报告的内容。
本文件适用于厚度为0.6mm~2mm的均质、各向同性、应力-应变关系呈幂律的金属材料漏斗形
板状试样的等幅低周疲劳试验。棒状试样的低周疲劳试验参照GB/T 26077。
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
GB/T 12160 金属材料 单轴试验用引伸计系统的标定
GB/T 16825.1 金属材料 静力单轴试验机的检验与校准 第1部分:拉力和(或)压力试验机 测
力系统的检验与校准
GB/T 25917.1 单轴疲劳试验系统 第1部分:动态力校准
JJG556 轴向加力疲劳试验机检定规程
3 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
试验记录的单次循环中的力与标距段位移的关系曲线。
注:标距段位移为引伸计标距与名义应变的乘积,典型的力-位移滞后回线见图1。
图1 典型的力-位移滞后回线
3.2
力幅和标距段位移幅的关系曲线。
3.3
卸载刚度 unloadingstiffness
首次卸载段的力-位移曲线斜率。
注:取首次卸载段50%~80%最大力范围内的力-位移数据作线性拟合,该线性段的斜率即为卸载刚度,典型的卸
载力-位移曲线如图2所示。
图2 典型的卸载力-位移曲线
4 符号
本文件使用的符号和相应的说明见表1。
表1 符号和说明
符号 说明 单位
b 疲劳强度指数 -
c 疲劳延性指数 -
D 试样夹持端圆孔直径 mm
d 引伸计标距段位移 mm
da 引伸计标距段位移幅 mm
da,e 引伸计标距段位移幅的弹性分量 mm
da,p 引伸计标距段位移幅的塑性分量 mm
E 弹性模量 GPa
εa 等效应变幅 %
εa,e 等效应变幅的弹性分量 %
εa,p 等效应变幅的塑性分量 %
ε'f 疲劳延性系数 -
εn 引伸计标距段轴向名义应变,εn=(d-lo)/lo %
表1 符号和说明 (续)
符号 说明 单位
εn,a 引伸计标距段轴向名义应变幅,εn,a=(εn,max-εn,min)/2 %
εn,max 引伸计标距段轴向最大名义应变 %
εn,min 引伸计标距段轴向最小名义应变 %
F 轴向力 N
Fa 轴向力幅(简称“力幅”) N
Fmax 最大轴向力 N
Fmin 最小轴向力 N
Ka 循环强度系数 MPa
L 试样长度 mm
Lo 试样工作段长度 mm
L1 试样夹持端孔距 mm
lo 引伸计标距 mm
M 二次夹具螺纹孔直径 mm
Nf 达到失效时的循环数 -
na 循环应变硬化指数 -
R 试样漏斗圆弧半径 mm
r 试样过渡段圆弧半径 mm
S 试样卸载刚度 N/mm
t 试样厚度 mm
W 试样夹持端宽度 mm
w 试样工作段宽度 mm
σa 等效应力幅 MPa
σ'f 疲劳强度系数 -
5 原理
本文件采用的漏斗形板状试样的漏斗根部处于单轴应力状态,通过单试样多级循环试验得到力幅-
位移幅曲线,确定材料循环强度系数和循环应变硬化指数,得到材料的循环应力幅-应变幅关系。通过
不同级应变水平(名义应变幅)的疲劳试验得到名义应变幅-寿命曲线;由力幅、位移幅与试样漏斗根部
等效应变幅的转换关系计算得到各级名义应变幅下试样的应变幅,再由循环应力幅-应变幅关系得到试
样漏斗根部等效应力幅,进而由应变幅、应力幅和寿命得到材料的曼森-科芬(Masson-Coffin)律。
6 试样
6.1 试样形状与尺寸
6.1.1 试验应采用漏斗形板状试样,试样构型如图3所示。试样的几何尺寸应符合以下条件:
a) 不发生压缩失稳;
b) 最小厚度保证安装于试样侧面的引伸计的稳定性;
c) 试样工作段长度(Lo)根据引伸计标距(lo)选择,lo大于试样漏斗跨距(2R)。为避免压缩失稳
风险,标距段长度(Lo)不超过1.5w。
6.1.2 试样几何尺寸范围及公差见表2。附录A提供了推荐漏斗形板状试样的具体尺寸。
表2 试样几何尺寸
单位为毫米
内容 尺寸要求 公差
试样漏斗圆弧半径(R) 2≤R≤5 ±0.02
试样厚度(t) t≥0.6且0.1≤t/R≤0.4 ±0.02
试样工作段宽度(w) w=3R ±0.02
试样工作段长度(Lo) Lo=lo+2 ±0.1
试样过渡段圆弧半径(r) 2R≤r≤3R ±0.05
试样长度(L) L≥10R -
试样夹持端孔距(L1) L1=Lo+15 -
试样夹持端宽度(W) W >D+2R -
图3 典型漏斗形板状试样几何构形示意图
6.2 试样的制备与储存
6.2.1 试样制备
6.2.1.1 试样应从均质的原材料或毛坯上切取。
6.2.1.2 试样制备工艺的选择宜尽可能减小试样的残余应力。
6.2.1.3 宜尽可能减小试样表面粗糙度对试验结果的影响,平均表面粗糙度Ra不应劣于1μm,漏斗
根部粗糙度Ra不应劣于0.32μm,厚度方向两侧面粗糙度Ra不应劣于0.4μm。宜在制备的最终阶段
对漏斗根部进行纵向抛光。
6.2.1.4 试验材料如需热处理后试验,应先对材料进行热处理再加工成试样。如热处理后材料硬度过
高,难以机加工,可先进行粗加工,热处理后再进行精加工。
6.2.2 标记
应对试样进行编号,且编号应具有唯一性。应采用合适方法对试样进行标记,且标记不应影响试验
结果。
6.2.3 尺寸测量
应对试样的尺寸进行测量,测量不应改变试样的表面状态。
6.2.4 储存
试样制备好后,应及时清洗并妥善储存,以防试样变形、表面损伤或腐蚀。宜尽可能避免转运过程
中对试样造成的损伤。
7 试验装置
7.1 试验机
试验机应按照指定的波形进行应变控制并测量试验力,且当试验力过零时加载链应无间隙。试验
机应有足够的刚性和对中性,试验机的精度不应低于1级。
7.2 力传感器
力传感器的量程应覆盖试验时的力值变化范围,测量准确度应满足GB/T 16825.1、GB/T 25917.1
或JJG556中1级准确度要求。
7.3 二次夹具
7.3.1 本文件所推荐的漏斗形板状试样无法用试验机夹具直接夹持,应采用二次夹具实现试样与试验
机的连接。
7.3.2 二次夹具应能够沿纵轴线将试验力平稳传递至试样,且应符合8.3的要求。
7.3.3 二次夹具应便于试样的重复安装,应选择刚性足够的夹具材料。二次夹具的设计应与试样夹持
端配套,试样夹持方式示意图见图4。推荐的二次夹具构形见附录A。
标引序号说明:
1---试样;
2---二次夹具部件A;
3---二次夹具部件B;
4---螺栓。
图4 二次夹具装夹示意图
7.4 引伸计
7.4.1 应采用轴向引伸计测量试样一侧引伸计标距(lo)的名义应变。
7.4.2 引伸计应适合长期测量动态应变并最大限度地降低信号漂移、滑动和机械滞后。引伸计测量准
确度应符合GB/T 12160中1级准确度要求。
7.4.3 应按图5所示方式安装引伸计,安装后的引伸计不应发生相对滑动。
标引序号说明:
1---试样;
2---二次夹具;
3---应变引伸计。
图5 引伸计安装示意图
7.5 数据记录系统
数据记录系统应能采集并记录试验过程中的力、名义应变和循环次数等信息。
8 试验程序
8.1 试验环境
试验环境应至少符合以下条件:
---恒定的室温及相对湿度;
---最小限度的大气污染(如灰尘、化学蒸气等);
---无影响试验机控制和数据采集的外部信号干扰;
---最小限度的外部机械振动。
8.2 试验控制
试验应采用应变控制方式对试样进行循环加载,以试样一侧的名义应变为控制应变。试验控制应
符合以下条件:
---整个试验过程中应变峰值控制误差小于1%;
---应变控制波形在试验过程中保持稳定,宜使用三角波;
---试验频率使试样漏斗根部温度改变不大于2℃;
---应变比为-1;
---为达到规定的应变水平,需通过系统闭环控制对应变量进行调整,整个调整过程在前10个循
环或失效循环数的1%(取其小者)内完成。
8.3 对中性检查
任选一个试样进行弹性加载,测量其一侧的名义应变,其后将载荷卸除。保持试样安装状态不
变,将引伸计安装到试样的另一侧,再次对试样等载荷加载,测量试样另一侧的名义应变。前后两次测
得的试样两侧名义应变的相对误差不应大于5%。若大于此限值,应检查并调整试验机、夹具和试
样,确保整个加载链系统满足对中性要求。
8.4 试验步骤
8.4.1 单试样多级循环试验
为确定循环应力幅-应变幅关系,应采用单个试样开展多级名义应变水平下的循环稳定试验。名义
应变幅宜以0.05%为增量,从0.1%~0.5%逐级循环加载。
8.4.2 疲劳试验
8.4.2.1 应采用多个试样开展疲劳试验。选取4~6级名义应变水平,每级应变水平应至少有2个有效
试样。如要求进行统计分析时,应按试验目的确定试样数量。
8.4.2.2 首次试验宜选取应变水平为0.3%~0.5%,其他应变水平变化值应为0.05%~0.1%,应变水
平的设定应使材料疲劳寿命介于500~20000循环次数。
8.5 试验记录
试验期间,应定时采集试验时间、试验力、应变和循环次数等数据。数据采集频率应能连续描述力-
位移滞后回线。每个循环采集的数据点宜不少于100个。
8.6 失效判定
失效循环次数Nf应按照下述原则确定:
a) 试样漏斗根部出现明显裂纹;
b) 最大拉伸力相对于循环稳定时拉伸力水平下降5%~10%,宜为10%。
注:对于循环软化或硬化材料,Nf被定义为在拉伸力-循环次数曲线上力值急剧下降到一个相对比值(下降力与循
环稳定拉伸力之比)时的循环次数(见图6)。
标引序号说明:
1---循环硬化;
2---循环软化;
3---最大拉伸力下降幅度。
图6 循环软化或硬化材料基于力值的失效判定条件
8.7 试验有效性判定
8.7.1 疲劳裂纹出现在试样漏斗根部,或按照8.6b)的规定判定试样正常失效,试验结果有效。
8.7.2 因初始缺陷或引伸计磨痕而导致试样过早失效时,试验结果无效。
8.7.3 由于对中问题导致试验过程中试样异常弯曲时,试验结果无效。
8.7.4 其他情况导致的试验异常终止时,试验结果无效。
8.8 试验结果
试验结果应包含以下内容:
a) 多级循环加载滞回曲线及力幅-位移幅曲线;
b) 循环应力幅-应变幅曲线关系的分析结果,包括循环强度系数和循环应变硬化指数;
c) 试样的名义应变水平εn及其达到失效的循环数Nf,以及确定失效的标准;
d) 等效应变幅-疲劳寿命曲线分析结果,包括疲劳强度指数、疲劳延性指数、疲劳强度系数和疲劳
延性系数。
9 数据处理
9.1 力幅-位移幅曲线
根据单级控制应变水平稳定循环下的力-控制应变数据确定力-位移曲线。力幅Fa和位移幅da可
由公式(1)计算。
Fa=
Fmax-Fmin
da=
εn,max-εn,min
2 lo
(1)
力幅-位移幅曲线可由单试样的各级循环试验数据确定。
9.2 循环应力幅-应变幅关系
在da,p/R∈[0.1(da,p/R)max,(da,p/R)max]范围内,按公式(2)进行幂律拟合得到Ca和ma。
Fa=Cadmaa,p (2)
式中:
Ca---力幅-塑性位移幅系数;
ma---力幅-塑性位移幅指数。
位移幅的塑性分量da,p由公式(3)计算。
da,e=
Fa
da,p=da-da,e
ïï
ïï
(3)
在确定参数Ca和ma后,由公式(4)计算na和Ka。
na=
ma
Ka=
CaRma
(2w-πR)(w/R)mptkp1kma+1p2
(4)
式中:
mp、kp1和kp2为常数,其数值见表3。
表3 参数值
mp kp1 kp2
0.7494 0.3032 0.5851
被测材料的循环应力幅-应变幅关系可由公式(5)确定。
εa=εa,e+εa,p
εa,e=
σa
εa,p=
σa
Ka
na
(5)
9.3 试样根部应变幅与应力幅
根据疲劳试验中每个试样Nf/2时的力-名义应变数据,由公式(1)确定力幅Fa和位移幅da,由公
式(3)确定位移幅塑性分量da,p,可由公式(6)确定试样漏斗根部等效应变幅εa。
εa=m1
kp1kp2E
Fa
(2w-πR)(w/R)mpt
+m2kp2
da,p
m1=∑
i=0
ci
m2=
c3
·[c4ln(na-3)+c5]
ïï
(6)
式中:
m1---力幅相关转换系数;
m2---位移幅相关转换系数。
c0~c5的数值见表4。
表4 参数值
c0 c1 c2 c3 c4 c5
3.6440 -1.7175 0.3356 -1.4910 1.4950 7.2550
当确定每个试样漏斗根部等效应变幅εa后,可由公式(5)通过迭代法求解试样漏斗根部等效应力
幅σa。
以材料的流动应力σ0为计算初值,代入公式(7)得到σ1,将σ1代入得到σ2,可得到σi+1;当满足条件
f(σi)< 10-6时应终止计算,此时等效应力幅σa应取为σi+1。
σi+1a =σia-
f(σia)
f'(σia)
f(σia)=
σia
E +
σia
Ka
na
-εa
f'(σia)=
E +
na
Ka
σia
Ka
na-1
σi=0a =Ka(εa)1/na
ïï
ïï
(7)
9.4 应变幅-疲劳寿命关系
由公式(8)确定试样根部等效应变幅的弹性分量εa,e和塑性分量εa,p:
εa,e=
σa
εa,p=εa-εa,e
ïï
ïï
(8)
达到失效的循环数Nf见8.5。由公式(9)拟合确定 Manson-Coffin律参数:
εa=εa,e+εa,p
εa,e=
σ'f
(2Nf)......
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