[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

说明书

本发明公开了一种通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，属于金属材料的疲劳强度测试技术领域。该方法通过将金属材料的疲劳强度与细长样品拉伸性能中的弹性极限联系起来，从而通过测试过程较为简单的拉伸性能来预测测试过程较为复杂的疲劳性能。该方法包括以下几个步骤：(1)通过电腐蚀加工制备至少两个满足要求的拉伸样品。(2)通过拉伸试验机测得一个拉伸样品的拉伸曲线，并从中获得弹性极限。(3)使用拉伸试验机对另一个样品进行拉伸测试，当拉伸达到弹性极限后停止拉伸。(4)通过显微镜观察样品，若变形集中在某一晶粒内部，则拉伸试验所得到的弹性极限就是预测的疲劳强度。

技术领域

本发明涉及到金属材料的疲劳强度测试技术领域，具体涉及一种通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法。

背景技术

疲劳性能是材料重要的服役性能指标之一。一种材料在应用到关键构件之前需要进行大量的疲劳测试。其中疲劳强度的测试更是费时费力。因此如何通过简单的拉伸测试来预测材料的疲劳强度成为研究的热点。通过总结火车车轴的疲劳数据，提出疲劳强度与抗拉强度之间存在线性关系。关系具体为：疲劳强度是抗拉强度的0.4到0.5倍(TóthL,Yarema SY.Formation of the science of fatigue of metals.Part 1.1825-1870,Mater.Sci.,2006,42:673-80.)。然而，这种线性关系的提出并没有微观机制上的支持，并且，后期随着大量的高强甚至超高强金属材料的不断出现，这种线性关系已经不再适用。近年来，Tanaka等人提出了材料的无限寿命疲劳强度与其微观上的最弱滑移阻力有关(Tanaka,K.and T.Mura,A DISLOCATION MODEL FOR FATIGUE CRACK INITIATION.Journalof Applied Mechanics-Transactions of the Asme,1981.48(1):97-103)。而这个最弱滑移阻力不仅与疲劳强度有关，同样与材料的拉伸性能有关。因此，通过拉伸测试获得最弱滑移阻力，理论上就可以预测疲劳强度。但是，通过普通的拉伸样品无法获得最弱滑移阻力。因为普通样品的截面包含了许多晶粒，而最弱滑移阻力指的是单个晶粒内部的滑移阻力。而在大样品的拉伸过程中，单个晶粒内部的滑移无法自由进行，而是被近邻的晶粒限制了。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，该方法依据最弱滑移阻力这一微观机制提出，解决了大样品拉伸无法获得最弱滑移阻力的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种通过拉伸试验预测金属材料疲劳强度的方法，包括如下步骤(1)-(4)：

(1)通过电腐蚀加工制备至少两个细长拉伸试样；

(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样品进行拉伸测试，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样品，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。

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。

所述细长拉伸试样标距段的横截面为正方形。

步骤(2)-(3)中，进行拉伸试验时，拉伸速率为10^-4s^-1。

上述步骤(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样品，用砂纸打磨初始样品表面，去除线切割痕迹；