電子汽車衡蠕變試驗方法及步驟

1  范圍

1.1 本程序適用于外貿(mào)產(chǎn)品用電子汽車衡在恒定拉伸負荷及一定溫度下測定作為時間函數(shù)的

變形量的測量方法（蠕變試驗）。本程序也包括對試驗設(shè)備的基本要求。

2  參考資料

2.1 ASTM標準：E4 試驗機的校準方法

E6 力學(xué)試驗方法相關(guān)術(shù)語標準定義

E83 引伸計的校驗和分級標準方法

E139金屬材料的蠕變、蠕變—斷裂和持久強度試驗的推薦標準試驗方法

E1012 試樣在拉伸載荷下校正同軸度的方法

2.2 其它標準：GB/T 2039 金屬拉伸蠕變及持久試驗方

3  術(shù)語

3.1 定義

在ASTM  E6定義的第E節(jié)中給出與蠕變試驗相關(guān)的定義和術(shù)語。與力學(xué)性能試驗方法相關(guān)的術(shù)語，

適用于本程序中使用的術(shù)語。僅用于本程序的特定術(shù)語，按下面規(guī)定的意義使用。

3.2 術(shù)語

3.2.1 軸向應(yīng)變－指離試樣軸線等距離處在兩相對側(cè)面測量的變形平均值。

3.2.2 彎曲應(yīng)變－是試樣表面應(yīng)變與軸向應(yīng)變之差。通常它圍繞著沿試樣平行距部分而逐點發(fā)生改變。

3.2.2.1 zui大彎曲應(yīng)變－是試樣平行距部分內(nèi)彎曲應(yīng)變的zui大值。

它可根據(jù)在兩個不同縱向位置從三個圓周部位測出的應(yīng)變值計算出來。

3.2.3 蠕變－指在施加一個保持恒定的負荷以后發(fā)生的與時間有關(guān)的應(yīng)變。

3.2.4 蠕變試驗的目的：在通常低于試驗期間引起斷裂的應(yīng)力下測量所產(chǎn)生的蠕變和蠕變速度，因為zui大的變形量只有百分之幾，因此需要靈敏的引伸計。

4  設(shè)備

4.1 試驗機

4.1.1 試驗機的準確度應(yīng)在ASTM E4“試驗機的校準方法"中規(guī)定的允許范圍內(nèi)，并按照周期要求每年進行一次檢定。

4.1.2 應(yīng)注意保證負荷盡可能沿軸線施加于試樣上。要得到*的軸向?qū)χ惺抢щy的，特別是當拉桿和引伸桿穿過爐子端部填料的情況下，但是，試驗機和夾具應(yīng)能對加工的試樣加荷，從而使zui大彎曲應(yīng)變不超過軸向應(yīng)變的10％，這是根據(jù)試驗機所檢定的zui低負荷和零負荷時的應(yīng)變讀數(shù)計算的。

注1——這一要求是為了限制試驗設(shè)備引起試驗期間發(fā)生過大的彎曲。據(jù)認為，即使采用檢定合格的設(shè)備由于試樣裝卡不緊而發(fā)生方向改變、個別試樣缺乏對稱性、來自于爐子填料和熱電偶絲的側(cè)向力等等。也都可能使各次試驗產(chǎn)生不同百分數(shù)的彎曲應(yīng)變，目前可得到的一些數(shù)據(jù)表明，除特殊情況外，彎曲應(yīng)變對試驗結(jié)果的影響不足以需要對每個進行試驗的試樣測量彎曲應(yīng)變。

4.1.2.1 當對脆性材料作試驗時，即使是10％的彎曲應(yīng)變，也會引起比改善同軸度時所能獲得的強度要低。在此情況下，可以明確規(guī)定對作試驗的試樣進行彎曲應(yīng)變的測量，并且把允許的幅度限定在較小的數(shù)值內(nèi)。

4.1.2.2 通常，設(shè)備在高溫下測定zui大彎曲應(yīng)變是不容易實現(xiàn)的。

試驗設(shè)備可以在室溫下測量同軸度來加以檢定。

測量設(shè)備的同軸度時，試樣的形狀應(yīng)同高溫試驗時用的相同。試樣的同軸度應(yīng)當盡量接近滿意的程度，整個平行距部分僅允許發(fā)生彈性變形，這個要求可能需用不同的高溫試驗時所用的材料。

4.1.2.3 試驗方法ASTM E1012或等效試驗方法可以利用圍繞圓形橫截面試樣的試驗部分等距離處放置四個電阻應(yīng)變儀測量每個縱向位置的應(yīng)變。

4.1.2.4 應(yīng)在室溫下于安裝好的試驗機、拉桿和夾具上在試驗前進行同軸度測量。

夾具和拉桿在高溫反復(fù)使用中會氧化、翹曲和蠕變。這可能導(dǎo)致彎曲應(yīng)力的增加。因此，夾具和拉桿應(yīng)定期的做軸向性重復(fù)試驗，必要時應(yīng)重新加工。

4.1.3 試驗機應(yīng)配有調(diào)整試樣伸長的裝置以使負荷保持在

4.1.1規(guī)定的范圍內(nèi)。

試樣的伸長不應(yīng)使加荷系統(tǒng)產(chǎn)生超過

4.1.2規(guī)定范圍的加荷偏心度。

調(diào)整機構(gòu)應(yīng)避免引入震動負荷以及由于加荷系統(tǒng)的摩擦或慣性而產(chǎn)生的過載或?qū)υ嚇邮┘拥呐ぞ亍?/span>

4.1.4 試驗機的安裝應(yīng)保證不受外界引起的震動載荷沖擊的影響。

應(yīng)有措施保證當一個試樣斷裂時，傳遞至鄰近的試驗機和試樣的沖擊減至zui小。

4.2 加熱裝置

4.2.1 加熱試樣的裝置和方法應(yīng)能滿足9.3.4中規(guī)定要求所需的溫度控制，加荷后每24小時內(nèi)人工調(diào)節(jié)不超過一次。

4.2.2 應(yīng)在大氣壓的空氣中用電阻爐或輻射爐加熱試樣，除非事先有協(xié)議規(guī)定在其它介質(zhì)中加熱。

注2—試樣試驗時介質(zhì)對試驗結(jié)果有很大影響，雖然其它因素也可能影響試驗結(jié)果，但性能受到試驗過程

中氧化或腐蝕的影響特別明顯。

4.3 溫度測量裝置

4.3.1 測量溫度的方法必須足夠靈敏和可靠，以保證試樣溫度位于9.3.4規(guī)定的范圍內(nèi)。

4.3.2 應(yīng)使用與電位差計或毫伏計相連接的熱電偶測量溫度。

注3—這種測量有兩種誤差：熱電偶校驗誤差和儀器測量誤差首先引起準確測溫的誤差；其次，熱電偶和測量儀器可能隨時間而變化。用熱電偶測溫通常遇到的誤差包括：檢定誤差及使用中由于污染或變質(zhì)而引起的檢定值的漂移、導(dǎo)線誤差、固定在試樣上的方法、直接熱輻射到熱接點以及沿熱電偶線的熱傳導(dǎo)等而引起的誤差。

4.3.3 應(yīng)當用檢定好的熱電偶進行溫度測量，對于賤金屬熱電偶，應(yīng)從每批熱電偶絲中取代表性的熱電偶進行檢定。

除暴露在較低溫度下的以外，賤金屬熱電偶再次使用時會產(chǎn)生誤差，除非初次使用時插入深度和溫度梯度重復(fù)出現(xiàn)。因此，賤金屬熱電偶應(yīng)當用有代表性的熱電偶進行檢定，而不應(yīng)檢定實際測量試樣溫度的熱電偶。在熱區(qū)使用過的熱電偶絲不剪斷并重新焊接的賤金屬熱電偶不應(yīng)重新使用。

在較低溫度下使用之后，如不采取以上措施，任何再次使用的賤金屬熱電偶都應(yīng)附上重新檢定的數(shù)據(jù)以表明熱電偶沒有過度的受到使用條件的影響。

4.3.3.1 電子汽車衡熱電偶由于污染等原因也會產(chǎn)生誤差，因此應(yīng)定期（半年）檢定。在高溫下使用時，應(yīng)注意使熱電偶保持清潔。

4.3.3.2 使用過程中測量熱電偶檢定值的漂移是困難的，當試驗過程中漂移成為一個問題時，應(yīng)想辦法在試驗過程中檢驗試樣上熱電偶的讀數(shù)。為了可靠的檢定使用過的熱電偶，進行再次校準時，必須使試驗爐的溫度梯度重復(fù)出現(xiàn)。

4.3.4 溫度測量、控制和記錄儀表，應(yīng)該定期用二級標準儀表、如精密電位差計進行檢定。

導(dǎo)線的誤差應(yīng)當放在正常使用位置的導(dǎo)線進行檢查。

4.3.4.1 溫度測量儀的校準周期為13周(3個月)。

4.4 引伸計系統(tǒng)

4.4.1 變形測量設(shè)備的靈敏度和準確度應(yīng)適于在滿足數(shù)據(jù)應(yīng)用所要求的精度下確定蠕變數(shù)據(jù)。變形測量儀（LVDT）應(yīng)在每次試驗之前進行校準并記錄。

4.4.2 僅在試樣一側(cè)測量變形時，在小變形下，加荷的不同軸度通常足以引起較大的誤差。

因此，引伸計應(yīng)固定到試樣相對兩側(cè)并指示兩側(cè)的變形，報告的變形應(yīng)當是兩側(cè)變形的平均值，它可以是儀器內(nèi)部機械或電信號平均值，或是兩個單獨讀數(shù)的數(shù)字平均值。

4.4.3 在可能條件下，引伸計應(yīng)安裝在試樣上，而不應(yīng)安裝在與試樣連接的任何承載部件上，因為中間連接件和部件要產(chǎn)生很大的伸長，它與試樣自身的伸長不能準確的分開。

4.4.4 當安裝在試樣平行距部分的引伸計在試驗過程中試樣橫截面減小時趨于松動。為此，引伸計可以安裝在試樣平行距部分兩端的機加工凸臺或肋帶上。

4.5 室溫控制

4.5.1 室溫應(yīng)該*恒定。這樣，試樣的溫度變化才不會超出9.3.4規(guī)定的范圍。

4.5.2 加荷時，只有當室溫處在±5F（3℃）以內(nèi)時才能記錄引伸計的讀數(shù)，否則應(yīng)對引伸計讀數(shù)進行校正。如果確認室溫的變化不會引起引伸計讀數(shù)的變化，則可不進行修正。

5  人員和培訓(xùn)

5.1 試驗人員必須經(jīng)過專門的培訓(xùn)，培訓(xùn)程序參照人力資源部的有關(guān)文件，每年上報一次培訓(xùn)計劃。

5.2 內(nèi)部培訓(xùn)主要是對ASTM E 139(現(xiàn)行有效版本)的貫標及操作培訓(xùn)。培訓(xùn)由專業(yè)的技術(shù)人員對試驗人員進行。培訓(xùn)應(yīng)包括特殊應(yīng)用方面的試驗，每次的培訓(xùn)應(yīng)保留記錄。

5.3 試驗人員應(yīng)該每年進行一次視力檢查，并且有檢查記錄或復(fù)印件。

6  重復(fù)試驗

6.1 重復(fù)試驗和替代試驗規(guī)則應(yīng)符合SAE AS7101的規(guī)定。(實質(zhì)上，只是由于試樣準備不正確或試樣取樣部位不正確時才進行替代試驗)

7  循環(huán)比較試驗

7.1循環(huán)比較試驗參照《循環(huán)對比實驗管理程序》。

8 測試試樣

8.1 試樣的尺寸和形狀主要根據(jù)為獲得被研究材料的代表性試樣的要求而定.除非另有規(guī)定，試樣的尺寸和形應(yīng)符合GB/T 2039(eqv ISO 204)中圖1的要求。

8.2 除非另有規(guī)定，材料應(yīng)按軋制方向切取試樣。

8.3 蠕變試驗，希望平行距部分的長度與直徑之比值較大，以提高變形測量精度。

8.4 圓形橫截面試樣應(yīng)具有螺紋、凸臺或其它適于夾持的端部以滿足4.1.2的要求。

8.5 試驗前測試人員應(yīng)目視檢查試樣表面有無損傷，若表面有損傷和缺陷仍要進行試驗必須經(jīng)有關(guān)方的認同，并詳細記錄加以注明。

9 試驗步驟

9.1 橫截面積的測量按ASTM E8方法中的規(guī)定測定試樣平行距部分的zui小橫截面積。

9.2 清洗試樣

將試樣的平行距部分以及與夾具接觸的部分仔細的在清潔的酒精、丙酮或其它不影響試驗金屬的適當溶劑中清洗。

9.3 溫度控制

9.3.1 按照ASTM E633“熱電偶測量接點的制備"焊接熱電偶接點。

9.3.2 把熱電偶安裝到試樣上時，熱電偶接點必須與試樣緊密接觸，并且屏蔽輻射。對于特定的加熱爐和試驗溫度，由未屏蔽的接點與插入試樣孔內(nèi)的接點所測出的溫度，其差值如果不超過9.3.4列出的偏差范圍的一半，則可以不用屏蔽。熱電偶的接點應(yīng)盡可能小，并且不發(fā)生短路（接頭后面的熱電偶線扭結(jié)，就會發(fā)生這種情況）

。加熱區(qū)中的熱電偶通常應(yīng)當加上絕緣的瓷套管。

如果在熱區(qū)用其它的電絕緣材料，則應(yīng)仔細檢查電絕緣性能在高溫下是否能得到保護。

9.3.3 當平行距部分的長度等于或大于2英寸（50毫米）時，試樣上至少要綁兩支熱電偶，在此長度的兩端各綁一支。當長度等于或超過兩英寸時，應(yīng)在中部增加第三支熱電偶。

9.3.4 在加荷前及試驗過程中，指示溫度與標稱試驗溫度之差，不得超出下列范圍：

≤1800F（1000℃），±3℉（±2℃）＞1800F（1000℃），±5℉（±3℃）

9.3.5 加熱時的溫度過沖不應(yīng)超過上述范圍。對加熱爐的加熱特性和溫度控制系統(tǒng)應(yīng)進行研究。以確定限制瞬間超溫所需的輸入功率、溫度定值、比例式控制調(diào)節(jié)器和控制熱電偶的位置。在進行zui終調(diào)節(jié)以前，希望能把加熱爐穩(wěn)定在標稱試驗溫度以下10-50℉。應(yīng)在報告中注明任何超溫的度數(shù)和持續(xù)時間。

9.3.6 開始試驗以前，應(yīng)在到溫后保持一段時間，以保證試驗的溫度達到平衡，并保證溫度可以保持在9.3.4規(guī)定的范圍內(nèi)。除另有規(guī)定，此保持時間不應(yīng)少于一小時。在試驗報告中應(yīng)說明達到試驗溫度的時間及加荷前保溫的時間。

9.3.7 由任何故障引起試樣高出9.3.4規(guī)定的范圍，則試驗應(yīng)報廢，并需要重新試驗。

由于故障造成試驗的溫度低于9.3.4規(guī)定范圍時，試驗也因此可能報廢并需要重新試驗。溫度低于標稱溫度，

會使蠕變速度減小和斷裂時間延長，這兩個特性對試驗溫度都很敏感。

低溫一般不會像超溫那樣損傷試樣，超溫則會使蠕變大大加速。因此，僅在低溫所處的時間明顯影響試驗結(jié)果時，才作為重新試驗的理由。

注4—對大多數(shù)材料，在應(yīng)力下的冷卻和重新加熱對以后的蠕變性能影響很小，只要冷卻和加熱的時間不

太長。在中途偶然降溫以后，只要知道被試驗材料不會受到這種做法的影響，可以把試樣加熱到原來的試

驗溫度，并把試驗做完。報告中應(yīng)說明試驗曾在應(yīng)力下冷卻及加熱而中斷過。

9.4 將試樣裝到試驗機上時應(yīng)注意不要引起非軸向力，例如，螺紋接頭不應(yīng)擰到螺紋的末端或擰到底。如果螺紋配合不緊，可輕輕在試樣上加荷，并人為的使其在橫向移動，并使其停留在活動范圍的中心。如果爐口要填塞，不可太緊，以免引伸桿或拉桿發(fā)生位移，或使其運動受到限制。

9.5 試驗過程中的變形測量

9.5.1 根據(jù)定義，蠕變試驗要求測定施加滿負荷瞬間和其后的變形。

從零負荷到施加滿負荷瞬間的變形變化，也應(yīng)記錄。

9.5.2 在試驗過程中應(yīng)當進行多次變形測量，以便適當確定時間—變形（蠕變）曲線。通常要求在加速的*階段蠕變期間，比第二階段蠕變期間讀數(shù)多取一些，變形讀數(shù)的間隔不得超過24小時或予以試驗時間的1％，以其中較長者為準。如果缺少一天讀數(shù)而不影響試驗結(jié)果，則在星期天或假日允許不取讀數(shù)。

9.5.3 卸荷過程中變形測量與*階段蠕變期間要求一樣，比第二階段蠕變期間讀數(shù)多取一些。

9.6 加荷與卸荷步驟

9.6.1 試樣加熱以前和加熱過程中，可施加試驗負荷的一小部分（不超過10％），這樣做可以使得由于堵塞加熱爐和熱電偶導(dǎo)線的側(cè)向力所引起的試樣和負荷拉桿位移減小，從而改善加荷的軸向性。

9.6.2 加荷方式應(yīng)避免由于慣性引起負荷過載。

負荷可以增量遞加，在兩個增量之間取變形讀數(shù)，以提供加荷時的應(yīng)力—變形數(shù)據(jù)。施加負荷所用的時間在這些限度內(nèi)盡可能縮短。

9.6.3 在試驗結(jié)束時測量卸荷時的瞬時收縮來確定總伸長中的彈性部分。

9.6.4 如果一次試驗由于某種原因而中斷了，那么要在試驗報告中記錄重新開始試驗時的各種情況。在試驗時要減少載荷增量來防止試樣的超載。

10  結(jié)果的計算

10.1 應(yīng)力

報出的應(yīng)力值應(yīng)等于施加到試樣上的恒定軸向負荷值除以試驗前在室溫下測量的zui小橫截面積。 

10.2 變形

10.2.1 將伸長除以試樣加荷前在室溫下測出的引伸計標距來計算變形。對于各種變形測量所用的伸長定義見第

3節(jié)，所采用的引伸計標距取決于引伸計連接點的位置。

10.2.2 如果引伸計連接到試樣平行距部分，則引伸計的標距為連接點之間的距離。

10.2.3 當引伸計附著于試樣凸臺時，這樣記錄的測量值包括過渡圓弧和凸臺到引伸計連接點之間的變形。對于這個附加的變形，希望加以修正。

10.3 蠕變曲線的表征

10.3.1繪出蠕變或總塑性變形——時間曲線。如果曲線在減速區(qū)后出現(xiàn)加速區(qū)，則通常在zui小斜率處對曲線作切線，此切線與蠕變曲線重合的線段稱為第二蠕變區(qū)。從該曲線可得到下列結(jié)果：

10.3.1.1 zui小蠕變速率；

10.3.1.2 切線與變形軸在時間為零時的截距；

10.3.1.3 第二蠕變階段開始的時間；

10.3.1.4 第二蠕變階段結(jié)束的時間。

11. 報告和試驗室記錄

11.1即使兩個試樣的技術(shù)條件相同，可是一個試樣的zui小蠕變速度和斷裂時間的數(shù)值可能比另一個試樣大幾倍。

所以，對材料的敘述應(yīng)當盡可能完備，報告中應(yīng)盡可能包括下列資料。

11.2合金類型。

11.3試樣尺寸：

11.3.1 圓形橫截面—測量直徑

11.3.2 平行距部分的長度。

11.3.3 凸臺之間的標距長度（如果采用的話）。

11.3.4 引伸計、平行距部分和凸臺之間的連接。

11.4加熱方法。

11.5試驗溫度，℉（℃）。

11.6應(yīng)力，ksi（MPa）。 

11.7 加荷時的總變形；

11.8 卸負荷時的彈性收縮；

11.9 測試持續(xù)時間：小于或等于100小時的持續(xù)時間，修約到0.1小時的測試精度，超過100小時的持續(xù)時間，修約到1小時的測試精度。如果測試有中斷情況，那么將此情況記錄在報告中。

11.10  

在試驗時間段內(nèi)實驗室環(huán)境的平均溫度。

11.11  

試驗溫度變化范圍的允許變化極限。報告出每個時間段內(nèi)的全部的溫度值，zui高和zui低溫度記錄值。

11.12 在試樣周圍不是大氣壓下空氣的其它介質(zhì)；

11.13加荷前的保溫時間，如果可能的話，到達試驗溫度的時間和保溫時間；

11.14 試驗機的資料；

11.14.1 制造者，型號，測試載荷量（噸位）。

11.14.2 檢定號；

11.15 引伸計資料

11.15.1引伸計的制造廠和級別、型號，安裝部位之間的距離和安裝位置（平行距部分、凸臺或夾具），所用的引伸計標距（如果不是安裝在平行距部分的話）。

11.16溫度測量設(shè)備的資料：

11.16.1溫度測量儀器的制造廠和型號；

11.16.2 溫度控制器的制造廠和型號；

11.16.3 熱電偶的數(shù)目，熱電偶材料、熱電偶絲的尺寸及固定在試樣上的方法及屏蔽；