根据ASTM E2368和ISO 12111执行TMF试验
当根据ASTM E2368和ISO 12111测定热机械疲劳时，试样循环加热，同时加载机械同相或异相（反相）应变。 根据要试验的损坏机制，可以参数化不同的温度和机械应变序列。 比如，曲线通常呈三角形，并可以在峰值温度下增加保持时间。 而且，可以同相和异相施加温度和应变。 循环热载荷和机械载荷之间的这种相移显著影响材料的疲劳寿命以及塑性变形。
最常见的TMF试验（有相移和没有相移）有：
- IP（同相）：试样同时受到加热产生的热应变和拉伸力引起的机械应变
- OP（异相）：试样同时受到加热产生的热应变和压缩力引起的压缩
- CD（顺时针菱形）
- CCD（逆时针菱形）
TMF试验主要是应变控制，因为作用在部件上的载荷是由热应变的阻碍引起的。 应力控制试验有时与不均匀试样有关，例如试样有缺口，因为这种情况无法测量缺口底部的应变。 在这两种情况下，只能测量和控制总应变(εt)。 它由热应变(εth)和机械应变(εme)组成：公式为εt = εth + εme。 为了给试样加载除热应变之外的所需机械应变，预先以基于时间的方式测量具有定义温度相位的热应变，并在实际试验期间的总应变控制中考虑该热应变。
按照ASTM E2368和ISO 12111进行应变测量
ASTM E2368要求使用至少符合ASTM E83标准的B-2级精度的引伸计。ISO 12111和经验证规范规定了符合ISO 9513标准的1级或更高级精度的引伸计。根据ISO 9513，对于标距长度小于15 mm的试样，引伸计必须符合0.5级精度。
热机械疲劳试验的更多应变测量要求如下：
- 引伸计必须适用于较长时间的动态应变测量，同时确保漂移、滑移和迟滞最小。
- 必须使用主动冷却系统（如水冷却装置）保护引伸计免受热波动或影响。
- 引伸计在试样上的接触压力应尽可能低，不能损坏试样表面。
- 引伸计的安装方式必须确保当试样加热并膨胀时应变测量不会受影响且传感器臂不会从试样上滑落。
用于测定热机械疲劳的测试系统
对于热机械疲劳试验，ZwickRoell的Fürstenfeld工厂与卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)密切合作开发了一种新的电液伺服测试系统。 Kappa 100 SS-CF配备了一个温度范围为50 °C至1,200 °C的感应加热系统和一个空气冷却系统。 多年来，这种过零点时无反向间隙的电液伺服蠕变试验机已证明其适用于低频载荷循环的试验。 根据ASTM E2368和ISO 12111的规定，Kappa SS-CF在循环拉伸和压缩载荷下控制零点反向间隙。
试验机配有水冷式液压夹具，用于固定试样。 水冷使试样的温度快速稳定，并确保热量直接从试样端流出。 TMF试验期间的应变测量可靠性通过带陶瓷传感器臂的接触式引伸计和水冷来确保。
这种用于测定热机械疲劳的测试系统符合常用的ASTM E2368和ISO 12111标准以及“应变控制热机械疲劳试验的经验证规范”的所有要求。
TMF试验所用部件也可以安装在电液伺服疲劳试验机中。
TMF试验的最佳温度分布
根据“应变控制热机械疲劳试验的经验证规范”，被测试样截面中指定的设定值温度偏差小于10K或小于温差的±2%。 根据试样的形状和材料，可以使用高达25K的加热和冷却速率。 为了达到标准中规定的最大加热和冷却速率，我们在执行TMF试验时依靠感应加热系统和专门放置的冷却喷嘴。
感应加热系统具有可单独调节的加热功率，用于测试不同电导率的试样材料。 试样相关的电感器确保试样上温度分布最佳。 比例压力控制阀和四个对称放置的扁平喷嘴确保精确控制气流。 冷却喷嘴可以调节，其位置可重复以用于将来的试验。
根据ASTM E2368和ISO 12111，通过直接在试样上的带状热电偶控制温度。 它们轻松可靠地连接在被测试样截面的中心。 弹簧预张紧力可调，确保获得可靠的接触压力。