ASTM E2714-13 蠕變疲勞測試的標準測試方法

在美國材料與試驗協會（ASTM）制定的「ASTM E2714-13蠕變疲勞測試標準測試方法」中，名義均質材料中蠕變疲勞變形或裂縫形成的機械性能是透過使用測試樣本來確定的。在等溫條件下承受單軸力的測試方法。該標準涵蓋了應變率或循環下的疲勞測試，涉及足夠長的保留時間以考慮循環變形響應，以及受蠕變（和氧化）影響的裂縫形成循環。

該方法被設計為疲勞測試的測試方法，旨在支援材料研發、機械設計、製程和品質控制、產品性能和故障分析等活動。導致蠕變疲勞變形和開裂的循環條件隨材料和給定材料的溫度而變化。

此測試方法的使用僅限於樣品，不包括測試全尺寸的組件、結構或消費品。

此測試方法主要旨在提供評估完美工程結構所需的材料性能，該結構包含在足以引起蠕變變形的溫度下承受循環載荷的特徵。

此測試方法可用於確定恆幅應變控制測試或恆幅力控制測試的變形和裂縫形成或成核性能。它主要涉及在力或應變控制下測試承受單軸載荷的圓棒試樣。

該程式的重點是在特定循環中同時產生蠕變和疲勞變形和損壞的測試。它不包括連續產生蠕變和疲勞損傷的區塊循環測試。在蠕變疲勞變形和損傷同時發生的條件下進行的蠕變疲勞試驗可以確定的數據如下：

• 循環應力應變變形響應
• 循環蠕變（或鬆弛）變形響應
• 循環硬化、循環軟化反應
• 循環直至在測試樣本中形成單一裂縫或多個裂紋

人們認為，當最初未破裂的樣品成核並擴展至特定尺寸時，就會在最初未破裂的樣品中形成裂紋，這可以用特定技術檢測到。就本標準而言，裂縫的形成是透過樣品順應性的可測量增加或透過電位減小技術可檢測到的尺寸來證明的。

此測試方法對於隨時間變化的非彈性應力（蠕變）的大小與隨時間變化的非彈性應力具有相同數量級或更大的溫度和應變率有效。

這裡使用的術語「非彈性」是指所有非彈性應力。這裡使用的術語「塑性」僅指非彈性應力的與時間無關（即非蠕變）的分量。當應力比超過某個值時，可以獲得與時間無關的應力的有用的工程估計。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 循環是指疲勞時恆幅載重（應力）下的全力（應變）值的重複序列。
• 在疲勞測試中，保持時間是指循環中受控測試變數（力、應變、位移）隨時間保持恆定的時間量。保持時間通常設定在張力或壓力的最高應力或應變處，但也可以設定在循環內的其他位置。
• 總循環週期是指完成一個循環所需的時間。總循環時間是保留時間和非保留時間的總和。
• 磁滯圖是一個循環期間的應力-應變路徑。
• 初始彈性模量是在第一循環的加載部分期間確定的彈性模量。
• 第N次循環的彈性模量是第N次循環的磁滯圖的增加負載部分和減少負載部分期間確定的彈性模量的平均值。
• 電壓範圍是最大電壓和最小電壓之間的差值。對於蠕變疲勞試驗，最大應力和最小應力之間的差異稱為峰值應力範圍。對於在應變控制下進行的測試，控制參數反轉點處的應力之間的差異稱為鬆弛應力範圍。

蠕變疲勞測試通常在高溫下進行，並涉及順序或同時應用產生循環變形/損壞所需的負載條件，該循環變形/損壞因蠕變變形/損壞而放大，反之亦然。

除非此類測試在真空或惰性環境中進行，否則氧化也可能導致與損傷累積相關的顯著幹擾效應。蠕變疲勞試驗的目的在於確定：

• 高溫下運行的工程結構變形和損傷分析的評估輸入數據
• 結構變形和損傷模型有效性的驗證
• 材料特性
• 用於開發和驗證新結構規則的材料屬性資料以及以低頻或固定運行週期或兩者兼而有之的循環使用的高溫部件的壽命評估

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