[发明专利]一种通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法

权利要求书

1.一种通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)通过电腐蚀加工制备至少两个细长拉伸试样；所述细长拉伸试样的标距段截面面积小于待测材料的晶粒截面面积，并且细长拉伸试样的标距段长度大于100倍待测材料的晶粒尺寸；

(2)通过拉伸试验机测得一个细长拉伸试样的拉伸曲线，并获得弹性极限；

(3)使用拉伸试验机对其他细长拉伸试样进行拉伸测试，当达到步骤(2)所述的弹性极限后停止拉伸；

(4)通过显微镜观察步骤(3)中的做完拉伸测试的试样，如确认变形集中在某一晶粒内部，则步骤(2)所得到的弹性极限即为预测出的该材料的无限寿命疲劳强度。

2.根据权利要求1所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：所述细长拉伸试样标距段的横截面为正方形。

3.根据权利要求1所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：步骤(2)-(3)中，进行拉伸试验时，拉伸速率为10^-4s^-1。

4.根据权利要求1所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述细长拉伸试样的制备过程包括如下步骤(a)-(e)：

(a)使用电火花线切割设备加工出初始试样，用砂纸打磨初始试样表面，去除线切割痕迹；

(b)根据拉伸试样的目标尺寸、材料的弹性模量和密度计算出初始试样在倾斜角度为θ时的自由夹持端末端下降高度h；h的计算使用了材料力学公式，按如下两部分进行：

第一部分，把夹持端简化为质点，根据公式(1)计算其挠度h₁；

公式(1)中，G为试样一端的夹持端所受的重力，l为试样标距段的长度，E为材料的弹性模量，w为试样标距段的宽度，t为试样标距段的厚度；

第二部分，根据公式(2)计算由于挠度而造成的夹持端旋转的角度，然后考虑由于角度而造成的夹持端末端下降高度h₂；

其中，Δθ为由于挠度而造成的夹持端旋转的角度；

由于Δθ而造成的夹持端末端下降的高度为h₂，根据公式(3)计算h₂；

h₂＝l_夹持端(sin(θ+Δθ)-sinθ) (3)；

公式(3)中，l_夹持端为夹持端的长度；

则在倾斜角度为θ时的自由夹持端末端下降高度h根据公式(4)进行计算；

h＝h₁+h₂ (4)；

(c)配置电解溶液；

(d)固定初始试样的一端，使初始试样倾斜角度为θ并浸入电解溶液中，在直流恒压电源下进行电解加工；

(e)在电解加工的过程中观察试样，当试样的非固定端的下垂距离达到h时停止电解加工；然后将试样快速放入酒精中并进行超声波清洗，洗去试样表面残余的电解溶液，即得到所述细长拉伸试样。

5.根据权利要求4所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述初始试样形状和最终试样一样；所述拉伸试样包括两端的夹持段和中部的标距段。

6.根据权利要求4所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：步骤(a)中，用于打磨的砂纸型号为1200号。

7.根据权利要求4所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：步骤(b)中，所述的倾斜角度是指初始试样倾斜放置时，试样轴线与竖直方向的夹角，倾斜角度必须保证试样的挠度足够大，以便于测量；所述倾斜角度θ为30-75°。

8.根据权利要求4所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：步骤(c)中，所述电解溶液的成分根据金属材料的不同进行选择，电解电压根据材料进行选择；所述拉伸试样应选择导电性良好、电解腐蚀性良好的材料。

9.根据权利要求4所述的通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，其特征在于：步骤(e)中，所制备的细长拉伸试样标距段的宽度和厚度均小于100微米，标距段长度大于5毫米。