Переход к содержанию страницы

Испытания на малоцикловую усталость (Low Cycle Fatigue (LCF)) по ISO 12106 / ASTM E606

Определение кратковременной прочности / кратковременной усталости

Low Cycle Fatigue означает усталость при низком количестве циклов нагружения.

Испытание Low Cycle Fatigue (LCF) по ISO 12106 и ASTM E606 представляет собой усталостное испытание, при котором моделируется циклическое нагружение вплоть до разрушения образца. Обычно это испытание проводится на сервогидравлической машине.

Материалы, подверженные экстремальным тепловым и механическим нагрузкам, можно проектировать только в диапазоне кратковременной прочности, т.е. максимально до 105 циклов. Примером этому могут быть, прежде всего, турбинные лопатки и диски авиационных двигателей, а также стационарные турбины для генерации энергии. Также испытание LCF применяют для газотурбинных нагнетателей, выпускных коллекторов и других компонентов. У этих компонентов в местах конструктивных прорезей (например, соединение лопатки с диском) возникает индуктивная пластичная переменная деформация, которая рано или поздно приводит к появлению трещины. В процессе испытания Low Cycle Fatigue моделируются эти нагружения на образце, и определяется количество циклов нагружения до появления трещин. В большинстве случаев испытание проводится при повышенной температуре. Испытательная частота обычно составляет от 0,01 до 5 Гц.

При этом особые требования предъявляются к испытательной машине и регулятору. При переходе с упругой деформации на пластичную критически изменяется жесткость образца, регулятор должен обладать очень быстрой реакцией, чтобы, например, гарантировать постоянную скорость роста деформации. Особенно высокая жесткость испытательной машины играет здесь решающую роль.

Важные стандарты

  • ISO 12106 Metallic Materials – Fatigue testing – Axial Strain Control Method
  • ASTM E606 Standard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing 
  • BS 7270 Method for constant amplitude strain controlled fatigue testing

Нагружение в процессе испытания Low Cycle Fatigue

Нагружение при испытании Low Cycle Fatigue складывается из упругой Ɛa,e и пластичной составляющей деформации Ɛa,p: Ɛa,t = Ɛa,e + Ɛa,p

В то время, как в упругой зоне существует линейная связь между напряжением и деформацией (закон Гука), в пластичной зоне эта связь не линейна. Как следствие из этого получается петля гистерезиса.

Испытания Low Cycle Fatigue по ISO 12106 / ASTM E606 проводятся с постоянной амплитудой. Дополнительно можно вставить время выдержки, чтобы также исследовать процессы ползучести/релаксации. В качестве заданного значения используется треугольник или трапеция для времени выдержки.

Если необходимо моделирование специфических эксплуатационных нагрузок, то возможны также и другие кривые деформации/времени. Так, проводятся также испытания Low Cycle Fatigue с наложенными высокочастотными колебаниями.

Частота испытания обычно меньше / равна 1 Гц, причем эта граница все время смещается вверх, так что испытания LCF проводят с частотой до 10 Гц.

Испытания LCF проводятся с регулированием по деформации. Только в особых случаях в зоне стабилизированного гистерезиса проводится переключение на регулирование по усилию или при выдержке, чтобы исследовать эффекты ползучести. Для определения характеристик материала испытания обычно проводятся при соотношении RƐ в -1.

Процесс испытания Low Cycle Fatigue

После аккуратной загрузки образца проводится его нагрев до температуры испытания. При этом машина находится в режиме регулирования по усилию, заданное значение составляет 0 кН. После достижения требуемой температуры на образец устанавливается датчик деформации. Если датчик уже был на образце в течение фазы нагрева, то необходимо учитывать измененное значение L0. Затем проводится переключение на регулирование по деформации, и начинается испытание.

Первые циклы имеют особое значение, т.к. материалы здесь могут проявлять сильно различные свойства.

Однако после нескольких смен нагружения зачастую устанавливается стабилизированный гистерезис. Некоторые материалы опять же не проявляют ни упрочнения, ни размягчения.

Cyclic Hardening

Существуют материалы, которые упрочняются в течение первых циклов, т.е. усилие для достижения заданной деформации от цикла к циклу увеличивается.

Cyclic Softening

Другие материалы ведут себя с точностью до наоборот: размягчаются, требуемое усилие снижается.

Конец испытания

Конец испытания на кратковременную усталость регламентируется, как правило, как процентный спад усилия прямой регрессии стабилизированного гистерезиса.

По причине этого поведения материала важна регистрация каждой петли гистерезиса с самого начала. В стабилизированной зоне достаточно сохранять, например, каждую сотую или тысячную. Зачастую здесь также выбирают логарифмическое расстояние и дополнительно в качестве критерия сохранения регламентируют процентное изменение усилия. В этом случае к концу испытания следует снова регистрировать каждый цикл.

Подходящее оборудование для испытаний Low Cycle Fatige по ISO 12106 / ASTM E606

Наше программное обеспечение для испытаний Low Cycle Fatigue

Программное обеспечение testXpert R применяется для регулируемого по деформации определения кратковременной прочности у металлов согласно ASTM E 606.В качестве заданного значения выбирается, как правило, треугольник с постоянной амплитудой.Также можно выбрать сигналы в форме синуса.

Для регулирования по деформации используется подходящий датчик деформации.Как правило, испытания проводятся при повышенной температуре.

Из-за различных свойств материалов, размягчения или упрочнения, очень важно, чтобы вначале были построены все петли гистерезиса.Их количество свободно определяет пользователь.

Информация о продукте

Top