ASTM E2368-10 壓控熱機械疲勞測試標準實踐

美國材料與試驗協會（ASTM）制定的「ASTM E2368-10張力控制熱機械疲勞測試標準實務」標準涵蓋了單軸加載張力控制條件下材料熱機械疲勞性能的測定。熱機械疲勞循環在此定義為樣品測量部分上的均勻溫度場和應力場同時變化且獨立控制的條件。此應用旨在解決為支援材料研發、機械設計、製程和品質控制、產品性能和故障分析等活動而進行的熱機械疲勞測試。儘管此應用程式特定於應力控制測試，但許多章節都提供了力控製或應力控制熱機械疲勞測試的有用資訊。

此實現允許溫度和機械應力的最大和最小值以及溫度機械應力定相，但限制是這些參數在整個測試期間保持循環恆定。對壓力、濕度、周圍環境等環境因素不做任何限制，只要它們在整個測試過程中得到控制，不會導致樣本量隨著時間的推移而丟失或變化，並在數據報告中詳細說明。

此應用程式的使用僅限於樣品，不包括全尺寸組件、結構或消費品的測試。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 應力這裡定義為工程應力，即力與樣品原始橫截面積的比值。該面積是在室溫下無負載狀態下測量的。
• 熱膨脹係數表示測試樣品中測量的單位溫度變化的自由膨脹應變的分數變化。
• 總應變是在測試樣本上測量的應變分量以及熱應變和機械應變的總和。
• 熱應變是自由膨脹條件下溫度變化（在測試樣本上測量）所產生的應變分量。對於某些材料，它在感興趣的溫度範圍內可能是非線性的。
• 機械應變是從總應變中減去自由膨脹熱應變（在測試樣本上測量）時產生的應變成分。
• 彈性應變是應力除以與溫度相關的楊氏模量（根據 ASTM E111-17 楊氏模量、切線模量和弦模量的標準測試方法）所得到的應變分量。
• 非彈性應變是指從機械應變中減去彈性應變所得到的應變分量。
• 應變比是一個應變循環中最小機械應變與最大機械應變的比率。
• 機械應力/溫度真實相位角，為了評估定相精度，其定義為樣品中測量的最大溫度響應與最大機械應力響應之間的波形偏移。出於參考目的，如果溫度響應最大值比機械應力響應最大值早 180 度或更小，則該角度被視為正值，否則相位角被視為負值。
• 同步熱機械疲勞是指溫度最大值和機械應變最大值同時出現的循環。
• 異相（反相）熱機械疲勞是指溫度最大值提前於機械應變最大值的時間值等於循環週期的 1⁄2 的循環。

在高溫環境下使用結構材料時，易受疲勞損壞的部件可能會在給定的周期內經歷某種形式的同時變化的熱力和機械力。這些條件通常受到嚴重關注，因為它們結合了溫度依賴性和循環依賴性（疲勞）損傷機制，且其嚴重程度與循環溫度和循環機械應變之間的相位關係有關。

這種效應可以被視為影響微觀結構的演化、降解的微觀機制以及最終影響循環壽命的各種其他現象學過程。應力控制熱機械疲勞測試通常用於研究理想條件下同時變化的熱載荷和機械載荷的影響。在這裡，循環理論上均勻的溫度和電壓場從外部施加並控制在樣品的整個測量部分。

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