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| 标准编号 | GB/T 4337-2025 (GB/T4337-2025) | | 中文名称 | 金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法 | | 英文名称 | Metallic materials - Fatigue testing - Rotating bar bending 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 | 30,396 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2026-03-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 4337-2015 | | 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 4337-2025: 金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法
ICS 77.040.10
CCSH22
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 4337-2015
金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法
2025-08-29发布
2026-03-01实施
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
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 符号和说明 2
5 原理 2
6 试样的形状与尺寸 3
7 试样制备 8
8 试验设备的准确度 9
9 加热装置和温度测量装置 10
10 试验程序 10
11 试验报告 12
12 试验结果的表述 13
13 测量不确定度 14
附录A(规范性) 旋转弯曲疲劳试验机弯矩的校验 15
附录B(资料性) 试验报告的示例 22
参考文献 23
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。
本文件代替GB/T 4337-2015《金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法》,与GB/T 4337-2015相
比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下:
---更改了适用范围,增加了“本文件不包括缺口试样的疲劳试验,因为缺口试样的形状和尺寸尚
未标准化。然而,本文件中描述的疲劳试验程序也能应用于缺口试样的疲劳试验”(见第1章,
2015年版的第1章);
---删除了耐久极限应力(疲劳极限)术语(见2015年版的3.8);
---更改了“不同类型试验机试验应力计算和加荷表”(见表2,2015年版的表2);
---将高温试验步骤中测量试样温度的方法由两种增加到三种(见10.5.2,2015年版的10.5.2);
---增加了测量不确定度(见第13章)。
本文件修改采用ISO 1143:2021《金属材料 旋转棒弯曲疲劳试验》。
本文件与ISO 1143:2021技术差异及其原因如下:
---在范围中增加了“其他环境(如腐蚀)下的旋转弯曲疲劳试验参照本文件执行”,以适应我国的
技术条件、增加可操作性;
---用规范性引用的GB/T 3075替换了ISO 1099(见第3章)、GB/T 10623替换了ISO 23718(见
第3章)、GB/T 13634替换了ISO 376(见附录A)、GB/T 24176替换了ISO 12107(见第3章、
10.5.4)、GB/T 26077替换了ISO 12106(见第3章),以适应我国的技术条件、增加可操作性;
---增加了不应将疲劳试样的表面抛光成镜面的要求[见7.3.3.2b)],以适应我国的技术条件、增
加可操作性;
---在试验报告中增加了可选项取样图(见第11章),以适应我国的技术条件、增加可操作性。
本文件做了下列编辑性改动:
---更改了标准名称,以适应我国习惯;
---按照我国制图规范,重新编辑了图3(见6.1.1);
---为满足需要,在章条下分段;
---增加了F的说明(见A.4.5.1)。
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:钢研纳克检测技术股份有限公司、深圳万测试验设备有限公司、东方电气集团东
方汽轮机有限公司、浙江国检检测技术股份有限公司、中纲不锈钢管业科技山西有限公司、国标(北京)
检验认证有限公司、苏州热工研究院有限公司、冶金工业信息标准研究院。
本文件主要起草人:高怡斐、姚鑫哲、黄星、巩秀芳、孙国峰、侯慧宁、邬莉华、吴磊、陈志林、吉昌兵、
周旭、董莉、翟蓓蕾、刘月娇、夏咸喜、李清松、郭碧城、邢博文、董海涛。
本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为:
---1984年首次发布为GB/T 4337-1984;
---2008年第一次修订时,并入了GB/T 2107-1980《金属高温旋转弯曲疲劳试验方法》、GB/T 7733-
1987《金属旋转弯曲腐蚀疲劳试验方法》的内容;
---2015年第二次修订;
---本次为第三次修订。
金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法
警示:使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问题。
使用者有责任采取适当的安全和健康措施,并保证符合国家有关法规规定的条件。
1 范围
本文件规定了金属材料旋转弯曲疲劳试验方法的原理、试样的形状和尺寸、试样制备、试验设备的
准确度、加热装置和温度测量装置、试验程序、试验报告、试验结果的表述和测量不确定度。
本文件适用于金属材料在室温或高温空气中试样旋转弯曲的条件下进行的疲劳试验,其他环境(如
腐蚀)下的旋转弯曲疲劳试验参照本文件执行。
本文件不包括缺口试样的疲劳试验,因为缺口试样的形状和尺寸尚未标准化。然而,本文件中描述
的疲劳试验程序也能应用于缺口试样的疲劳试验。
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 3075 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法(GB/T 3075-2021,ISO 1099:2017,MOD)
GB/T 10623 金属材料 力学性能试验术语(GB/T 10623-2008,ISO 23718:2007,MOD)
GB/T 13634 试验机检验用测力仪的校准(GB/T 13634-2019,ISO 376:2011,IDT)
GB/T 24176 金属材料 疲劳试验 数据统计方案与分析方法(GB/T 24176-2009,ISO 12107:
2003,IDT)
GB/T 26077 金属材料 疲劳试验 轴向应变控制方法(GB/T 26077-2021,ISO 12106:2017,
MOD)
3 术语和定义
GB/T 3075、GB/T 10623、GB/T 24176和 GB/T 26077界定的以及下列术语和定义适用于本
文件。
3.1
疲劳 fatigue
金属材料在交变应力或应变作用下产生裂纹或失效的性能变化过程。
3.2
疲劳寿命 fatiguelife
Nf
达到疲劳失效判据的实际循环数。
3.3
S-N 曲线 S-Ndiagram
应力寿命曲线。
3.4
弯矩 bendingmoment
力和力臂的乘积。
3.5
截面模量 sectionmodulus
承受弯曲的梁与梁中性轴最大距离处惯性截面矩的比。
3.6
杠杆比 machineleverratio
Mlr
施力杠杆比,对于同类的旋转弯曲疲劳试验机,它是由试验机厂家提供的固定数值。
3.7
力臂 momentarm
支点与加力点之间的距离,见图1~图7。
注:对于四点弯曲加力L1和L2相等。
4 符号和说明
下列符号适用于本文件(见表1)。
表1 符号和说明
符号 说明 单位
D 试样夹持部分的直径 mm
d 试样应力最大部位的直径 mm
L 力臂长度 mm
M 弯矩 N·mm
Mlr 杠杆比 -
Nf 疲劳寿命 周次
r 试样夹持部分与试验部分之间过渡弧半径 mm
W 截面模量 mm3
5 原理
试样旋转并承受弯矩,产生弯矩的力恒定不变且不转动。试样可装成悬臂,在一点或两点加力;或
装成横梁,在四点加力。试验一直进行到试样失效或达到预定应力循环次数。
6 试样的形状与尺寸
6.1 试样的形状
6.1.1 试样可为以下形状:
a) 圆柱形(见图1、图4和图5);
b) 圆锥形(见图2);
c) 漏斗形(见图3、图6和图7)。
注:在两点和四点加载条件下,在等截面圆柱试样标距部分的测试材料承受相等的最大应力。对于所有其他加载
条件,等截面圆柱试样和漏斗形试样,只有一个截面承受最大应力。
标引符号说明:
D ---试样夹持部分或试样加载端部直径; M ---弯矩;
d ---应力最大处试样直径; r ---半径 (见表1);
F ---外加力; S ---应力;
L ---力臂长度; x ---固定的承载面与应力测量平面之间的距离。
图1 圆柱形试样---单点加力
标引符号说明:
D ---试样夹持部分或试样加载端部直径; M ---弯矩;
d ---应力最大处试样直径; r ---半径 (见表1);
F ---外加力; S ---应力;
L ---力臂长度; x ---固定的承载面与应力测量平面之间的距离;
D2---圆锥形试样平直段直径; L0---试样锥形末端距试样夹持端距离。
图2 圆锥形试样---单点加力
标引符号说明:
D ---试样夹持部分或试样加载端部直径; M ---弯矩;
d ---应力最大处试样直径; r ---半径 (见表1);
F ---外加力; S ---应力;
L ---力臂长度; x ---固定的承载面与应力测量平面之间的距离。
图3 漏斗形试样---单点加力
标引符号说明:
D ---试样夹持部分或试样加载端部直径; M ---弯矩;
d ---应力最大处试样直径; r ---半径 (见表1);
F ---外加力; S ---应力。
L ---力臂长度;
图4 圆柱形试样---两点加力
标引符号说明:
D ---试样夹持部分或试样加载端部直径; M ---弯矩;
d ---应力最大处试样直径; r ---半径 (见表1);
F ---外加力; S ---应力。
L1,L2---力臂长度;
注:L1=L2=L。
图5 圆柱形试样---四点加力
标引符号说明:
D ---试样夹持部分或试样加载端部直径; M ---弯矩;
d ---应力最大处试样直径; F ---外加力;
L ---力臂长度; S ---应力。
图6 漏斗形试样---两点加力
标引符号说明:
D ---试样夹持部分或试样加载端部直径; M ---弯矩;
d ---应力最大处试样直径; r ---半径 (见表1);
F ---外加力; S ---应力。
L1,L2---力臂长度;
注:L1=L2=L。
图7 漏斗形试样---四点加力
6.1.2 上述的每种形状,试验部分都应是圆形横截面。典型等截面圆柱试样和漏斗形试样形状及相关
尺寸分别如图8和图9所示。
标引符号说明:
n ---试样编号标记位置; L ---试样工作部分长度;
L1---试样夹持端长度; L2 ---试样总长度;
r ---半径(见表1); d ---应力最大处试样直径。
图8 圆柱形光滑试样
标引符号说明:
n---试样编号标记位置。
图9 圆弧形光滑试样
6.1.3 试验部分的形状应根据所用试验机的加力方式设计。对于圆柱形或漏斗形试样可以简支梁或
悬臂梁一点或两点加力,圆锥形试样只采用悬臂梁单点加力方式。各种方式的原理图见图1~图7,显
示各种情况下的弯矩和名义应力。
6.1.4 不同类型的试样给出的疲劳试验结果可能不同。推荐采用使尽可能多的材料体积承受高应力
的方法。
6.1.5 使用单点加载时宜注意沿试样的弯矩不是恒定的。应力最大的截面和相应的应力取决于试样
几何形状及水平臂的长度。对于这种类型的机器,推荐使用圆柱形漏斗形状试样,因为较高的应力接近
为最小直径截面计算的应力。
6.1.6 试验部分的横截面积与夹持部分的横截面积比推荐宜不小于1∶2。建议使用不会导致较大应
力集中的夹具。
6.1.7 对于某些材料高应力和高速旋转可能引起试样发热的材料。如出现这种情况,应减小试样承受
高应力的材料体积或降低试验频率(见10.3)。如采用冷却试样的方式,试验介质宜在报告中注明。
6.2 试样尺寸
6.2.1 同一批疲劳试验所使用的试样应具有相同的直径、相同的形状和尺寸公差。
6.2.2 为准确计算施加的力,每支试样实际最小直径的测量应精确至0.01mm。试验前应确保测量试
样尺寸时不损伤试样表面。
6.2.3 对于承受恒定弯曲的圆柱形试样(见图4和图5)试验部分的平行度应不大于0.025mm。对于
其他形状的圆柱形试样(见图1),试验部分的平行度应不大于0.05mm。试样夹持部分与试验部分的
过渡圆弧半径宜不小于3d。对于漏斗形试样,试验部分的圆弧半径宜不小于5d。
6.2.4 圆柱形试样的形状和尺寸见图8。推荐直径d为6mm、7.5mm和9.5mm。直径d 的偏差宜
不大于0.005d。图9为典型的高温疲劳试验用漏斗形光滑试样。
7 试样制备
7.1 通则
在测定材料的旋转棒弯曲疲劳性能试验时,应注意试样制备的要求。如试验程序是为了测定与试
样制备要求不相符的某一因素(例如表面处理、氧化等)的影响,就有可能偏离试样制备的要求。任何偏
离的情况都应在报告中注明。
7.2 取样和标记
7.2.1 取样部位、取样方向和试样类型应按有关产品标准或双方协议。从半成品或零件上取样对试验
结果会有影响,因此很有必要在完全了解情况的条件下取样。
7.2.2 如有必要,取样图应清晰地标明:
---每支试样的位置;
---半成品产品加工的特征方向(轧制方向、挤压方向等);
---每支试样的标识。
7.2.3 试样在加工的每个阶段都应有标识。应采取可靠的方法保证加工过程中标识不会消失或影响
试验的结果。每支试样在完成最终机加工的时候,应在试样两端头刻上唯一性标识,保证在试样疲劳试
验断裂后,每一半段试样都被清晰地识别。
7.3 加工过程
7.3.1 试验材料的热处理
如果在粗加工之后进行热处理,宜在热处理之后进行最终的抛光。否则宜在真空或惰性气体下进
行热处理防止试样的氧化。热处理不应改变被研究材料的显微结构特性。热处理的细节和机加工过程
应在试验结果中报告。
7.3.2 机械加工要求
7.3.2.1 机械加工可能在试样表面产生残余应力。这些残余应力可能是机加工阶段的热梯度、材料变
形或显微结构的变化引起的。残余应力的影响在高温疲劳试验时不考虑,这是因为残余应力在试样保
温过程中已全部或部分释放。宜采取合适的机加工方式来减小残余应力,尤其是在最终抛光阶段。对
于较硬的材料,宜选取磨削而不是车或铣的加工工艺。
---磨削:试样磨削前的加工余量为+0.1mm,以不大于0.005mm/转的磨削速度进行磨削。
---抛光:应用颗粒逐渐减小的不同砂纸去除掉最后的0.025mm加工余量。最终的抛光方向应
沿着试样轴线。
7.3.2.2 材料显微结构的改变可能由于机加工过程中温度的升高和应变硬化而引起。可能产生相变或
表面的再结晶。试验的材料不再是原始材料会导致试验无效。有些材料由于某些元素或化合物的存在
而影响力学性能。典型的例子就是氯离子对钢和钛合金的影响。在切削过程中要避免这些元素。建议
在试样保存之前进行清洗和去油。
7.3.3 试样的表面状态
7.3.3.1 试样的表面状态对试验结果有影响。这种影响通常与下列一种或多种因素有关:
---试样表面粗糙度;
---存在表面残余应力;
---材料显微结构的改变;
---污染物的引入。
7.3.3.2 下面的建议将使这些因素的影响降到最小。
a) 表面状态可用平均粗糙度或当量值来定量化。试样表面状态对试验结果的影响依赖于试验条
件,这一影响可被试样的表面腐蚀或塑性变形而减轻。
b) 在各种试验条件下试样的平均表面粗糙度Ra推荐不高于0.2μm,不应将疲劳试样的表面抛
光成镜面。
c) 另外一个因素是局部的加工划痕。试样的最终加工要去除所有车削过程中的环向划痕。用
20倍的光学仪器检查试样表面时,不应有环向划痕。
d) 用具有切向混合圆角的试样时,在圆角半径到圆柱形试验截面的过渡处会观察到咬边。这种
咬边可导致该区域试样的最先失效。咬边可通过在平面角度下对表面反射进行可见检查来发
现。不应有可见的咬边。
7.3.3.3 试样应按照7.3.2中规定的程序制造,如不确定是否进行了正确的机加工,建议对如下几点进
行测量或评估:
---残余应力状态,宜选残余应力随深度的分布;
---表面粗糙度剖面;
---表面硬度。
7.3.3.4 宜将观察到的值与测试结果一起说明,便于对测试结果进行明确解释。
7.3.4 尺寸检查
应对每个试样测量直径。用具有平行标距长度的试样时,应沿标距至少在三个位置测量直径。应
使用不损伤试样的方法进行测量。
7.4 储存与运输
7.4.1 已制备好的试样应妥善保存以避免任何损伤(例如接触的划痕、氧化等)。推荐使用带封头的独
立包装的盒子或试管。某些情况下需在真空容器或填满硅胶的干燥器中储存样品。
7.4.2 尽量避免运输试样。在运输过程中宜不接触试样标距或试样截面部分,允许用酒精清洁试样。
8 试验设备的准确度
可使用不同类型的旋转弯曲疲劳试验机,图1~图7展示了几种主要类型试验机的原理。图10显
示了四点弯曲的旋转弯曲疲劳机的试验原理。试验机的弯矩误差的最大允许值应为±1%(见附录A)。
标引序号说明:
1---电动机;
2---三角皮带;
3---砝码;
4---吊杆;
5---按钮;
6---计数减速器;
7 ---软轴;
8 ---左主轴箱;
9 ---弹簧夹头;
10---试样;
11---右主轴箱;
12---吊钩;
13---指针;
14---平衡锤;
15---计数器;
16---杠杆;
17---手轮。
图10 四点弯曲旋转弯曲疲劳试验机的原理图
9 加热装置和温度测量装置
9.1 试样可用电阻炉等加热装置加热。
9.2 试样温度在整个试验过程应保持均匀,并满足10.5.3的要求。
9.3 测量或记录温度所用的热电偶、补偿导线和控温、测温仪表应作为一个系统进行定期校准。校准
周期应符合产品标准,并方便计量操作。
9.4 温度指示装置的最小分辨力应为0.5℃,其最大允许误差应为±1℃。
10 试验程序
10.1 安装试样
10.1.1 每个试样应安装在试验机中,避免试验部分承受(施加力以外的)应力。如通过分体式夹头将
传递力的轴承固定在试样上,在将试样安装到试验机之前,宜将这些轴承定位并完全拧紧,以防止施加
初始扭转应变。如果固定方法采用过盈配合,宜采取类似的做法。
10.1.2 为避免试验过程中的振动,试验机驱动轴和试样的同轴度应保持在接近的极限值之内。主轴
的径向最大跳动量为±0.025mm,对于单点或两点加载悬臂试验机自由端的径向最大跳动量为
±0.013mm。对于其他类型的旋转弯曲疲劳试验机,实际工作部分两端的径向跳动量应不大于
±0.013mm。施加力之前应满足所需要的同轴度。
注:这些测量通常使用千分表进行。
10.2 加力
10.2.1 应根据附录A校准杠杆比。对于给定应力,在弯曲条件下计算力或质量的具体公式通常在旋
转弯曲疲劳试验机的用户手册中给出。宜按照表2计算试验力。
10.2.2 力F 的设置:
---直接加力系统;
---等于F 的质量除以固定杠杆比Mlr;
---通过调整杠杆和平衡机器杠杆上的力标度F。
表2 不同类型试验机试验应力计算和加力表
试验机类型 F
圆柱形试样(图1)或漏斗形试样(图3)单点
弯曲加载 F=S
πd3
32(L-x)
圆锥形试样单点弯曲加载(图2) F=S·
27·π·(D1-D2)·[D1L0-L·(D1-D2)]2
128·L30
两点弯曲加载(图4和图6)
或四点弯曲加载(图5和图7)
F=S
πd3
32L
式中:
S---要求的试验应力;
F---施加的力;
L---杠杆臂长度;
d---最大应力处的试样直径;
x---沿试样轴线固定支撑面与最大应力平面的距离。
10.2.3 每支试样达到全载的总过程应相同。启动试验机,在施力之前使其达到所需要的转速,应以递
增和连续的方式,平稳而无冲击地将力加到规定值。如要求特殊的频率,对试验机的转速应做相应
调整。
10.3 频率的选取
10.3.1 选择的频率应适合于材料、试样和试验机的组合。给定试验系列的试验频率宜相同。试验过
程中要避免试样震动。
10.3.2 对于高温试验,试验温度应保持在10.5.3中规定的允许温度波动范围内。
10.3.3 试验频率通常在15Hz~200Hz之间(对应的转速为900r/min~12000r/min)。
10.3.4 高速旋转下的试样可能会发生自热,对疲劳寿命的试验结果可能会产生影响。如果发生此类
情况,宜降低试验频率。在室温下试验时,宜检测和记录试样的自热。如试样温度超过35℃,应进行测
量并记录。试样温度升高应不对试验材料疲劳性能产生影响。如有疑问,应进行较低频率和温度的参
考试验,以证明试验频率和温度不受影响。
注:如果环境的影响很明显,试验结果可能具有频率依赖性。
10.4 终止试验
试验一直进行到试样失效或达规定周次(例如107周次或108周次)时终止。如失效位置发生在试
样标距以外,则试验结果无效。
10.5 高温试验步骤
10.5.1 由于旋转棒弯曲疲劳试验的特性,可能无法直......
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