VẬT LIỆU KIM LOẠI - THỬ MỎI - PHƯƠNG PHÁP ĐẶT LỰC DỌC TRỤC ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC Metallic materials - Fatigue testing - Axial force-controlled method

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 8185:2009 ISO 1099:2006 VẬT LIỆU KIM LOẠI - THỬ MỎI - PHƯƠNG PHÁP ĐẶT LỰC DỌC TRỤC ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC Metallic materials - Fatigue testing - Axial force-controlled method Lời nói đầu TCVN 8185 : 2009 hoàn toàn tương đương với ISO 1099 : 2006 TCVN 8185 : 2009 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 164 Thử lý kim loại biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học Công nghệ công bố Lời giới thiệu Tiêu chuẩn cung cấp hướng dẫn cho thử mỏi theo chu kỳ đặt lực dọc trục có biên độ khơng đổi điều khiển mẫu thử kim loại để xác định liệu tuổi thọ (độ bền mỏi) (nghĩa ứng suất số chu trình phá hủy) Thơng thường mẫu thử giống lắp máy thử mỏi kiểu đặt lực chiều trục chịu điều kiện tải trọng yêu cầu cho đưa vào loại chu trình ứng suất minh họa Hình Nếu khơng có qui định khác dạng sóng thử phải có biên độ khơng đổi, dạng hình sin Lực đặt vào mẫu thử theo phương dọc trục qua tâm mặt cắt ngang Phép thử tiếp tục mẫu thử bị phá hủy vượt số chu trình ứng suất xác định trước (Xem Điều 13) Phép thử điển hình tiến hành nhiệt độ thường (lý tưởng từ 10 °C đến 35 °C) CHÚ THÍCH: Kết phép thử mỏi bị ảnh hưởng điều kiện khí quyển, điều kiện phải theo 2.1 ISO 554:1976 VẬT LIỆU KIM LOẠI - THỬ MỎI - PHƯƠNG PHÁP ĐẶT LỰC DỌC TRỤC ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC Metallic materials - Fatigue testing - Axial force-controlled method Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn qui định điều kiện tiến hành thử mỏi mẫu kim loại đặt lực dọc trục điều khiển có biên độ khơng đổi nhiệt độ thường, không tạo tập trung ứng suất Mục đích phép thử để đưa thơng tin độ bền mỏi, mối quan hệ ứng suất tác dụng số chu trình đạt tới phá hủy vật liệu cho hệ số ứng suất khác Tiêu chuẩn mơ tả hình dạng, chuẩn bị tiến hành thử nghiệm mẫu có mặt cắt ngang hình trịn hình chữ nhật không bao gồm thử phận thử dạng riêng khác CHÚ THÍCH: Tiêu chuẩn khơng bao gồm thử mỏi mẫu cắt rãnh hình dạng kích thước mẫu thử khơng tiêu chuẩn hóa Tuy nhiên, qui trình thử mơ tả tiêu chuẩn áp dụng để thử mỏi mẫu cắt rãnh Tài liệu viện dẫn Các tài liệu cần thiết việc áp dụng tiêu chuẩn Đối với tài liệu có ghi năm cơng bố, áp dụng phiên nêu Đối với tài liệu không ghi năm công bố, áp dụng phiên (bao gồm sửa đổi) ISO 554: 1976, Standard atmospheres for conditioning and/or testing - Specifications (Môi trường chuẩn cho hóa và/hoặc thử nghiệm - Đặc tính kỹ thuật) ISO 4287: 1997, Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface texture: Profile method - Terms, definitions and surface texture parameters (Đặc tính hình học sản phẩm (GPS) - Cấu trúc bề mặt: Phương pháp prôfin - Thuật ngữ, định nghĩa thông số cấu trúc bề mặt) ISO 4288: 1996, Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface texture: Profile method - Rules and procedures for the assessment of surface texture (Đặc tính hình học sản phẩm (GPS) - Cấu trúc bề mặt: Phương pháp prôfin - Qui tắc qui trình đánh giá cấu trúc bề mặt) ISO 4965: 1979, Axial load fatigue testing machines - Dynamic force calibration - Strain gauge technique (Máy thử mỏi đặt tải dọc trục - Hiệu chuẩn lực động - Kỹ thuật đo biến dạng) ISO 7500-1: 2004, Metallic materials - Verification of static uniaxial testing machines - Part 1: Tension/compression testing machines - Verification and calibration of the force-measuring system (Vật liệu kim loại - Kiểm định máy thử trục tĩnh - Phần 1: Máy thử kéo/nén - Kiểm định hiệu chuẩn hệ thống đo lực) Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn áp dụng thuật ngữ định nghĩa sau 3.1 Đường kính thử (test diameter), d Khoảng cách theo hướng xuyên tâm chiều rộng mẫu thử ứng suất lớn Xem Hình Hình 3.2 Chiều dày phần thử (thickness of test section), a Chiều dày mặt cắt ngang hình chữ nhật mẫu thử 3.3 Chiều rộng phần thử (width of test section), b Chiều rộng mặt cắt ngang hình chữ nhật mẫu thử 3.4 Chiều dài phần song song (parallel length), Lc Chiều dài đo phần thử mẫu thử có đường kính chiều rộng đường kính thử chiều rộng thử phần song song Xem Hình Hình 3.5 Bán kính (radius), r Độ cong đầu phần thử bắt đầu có chuyển tiếp từ đường kính thử, d, chiều rộng thử, b, đến đường kính chiều rộng đầu kẹp; bán kính đường cong liên tục hai đầu kẹp mẫu thử CHÚ THÍCH: Đường cong khơng cần cung trịn tồn chiều dài từ đầu phần thử đến chỗ bắt đầu đầu mở rộng mẫu thử Hình 3a) Hình 4a) 3.6 Ứng suất lớn (maximum stress), σmax, Smax Giá trị đại số lớn ứng suất chu trình ứng suất Xem Hình 3.7 Ứng suất trung bình (mean stress), σm, Sm Một nửa tổng đại số ứng suất lớn ứng suất nhỏ chu trình ứng suất Xem Hình 3.8 Ứng suất nhỏ (minimum stress), σmin, Smin Giá trị đại số nhỏ ứng suất chu trình ứng suất Xem Hình 3.9 Biên độ ứng suất (stress amplitude), σa, Sa Một nửa hiệu đại số ứng suất lớn ứng suất nhỏ chu trình ứng suất Xem Hình 3.10 Miền ứng suất (stress range), ∆σ, ∆S Hiệu số ứng suất lớn ứng suất nhỏ ∆σ = σmax - σmin ∆ S = Smax - Smin Xem Hình 3.11 Hệ số ứng suất (stress ratio), Rs Tỉ số ứng suất nhỏ ứng suất lớn chu trình Rs = σmin / σmax Xem Hình 3.12 Chu trình ứng suất (stress cycle) Sự thay đổi ứng suất theo thời gian, lặp lại có chu kỳ giống hệt Xem Hình 3.13 Số chu trình (number of cycles), N Số lượng đoạn nhỏ biểu đồ hàm lực-thời gian, ứng suất-thời gian, biến dạng-thời gian hàm lặp lại có chu kỳ 3.14 Tuổi thọ (độ bền mỏi) (fatigue life (endurance), Nf Số chu trình tác dụng đến dấu hiệu phá hủy qui định 3.15 Giới hạn mỏi số chu trình N (fatigue strength at N cycles), σN Giá trị biên độ ứng suất hệ số ứng suất biết mẫu thử có tuổi thọ N chu trình Kế hoạch thử nghiệm 4.1 Nguyên tắc chung Trước bắt đầu thử nghiệm, khơng có qui định khác tiêu chuẩn sản phẩm tương ứng, phải có trí bên có liên quan về: a) Dạng mẫu thử sử dụng (xem 5.1) b) Hệ số ứng suất sử dụng c) Mục đích thử nghiệm, nghĩa để xác định: - tuổi thọ biên độ ứng suất qui định; - giới hạn mỏi “độ bền mỏi” qui định; - đồ thị đường cong S/N đường cong Wohler đầy đủ d) Số lượng mẫu thử trình tự thử nghiệm e) Giới hạn số chu trình phải thử mẫu chưa bị phá hủy f) Nhiệt độ thử nhiệt độ khác so với yêu cầu 5.2 Thường sử dụng “độ bền mỏi” , ví dụ, 107 chu trình thép kết cấu 108 chu trình thép khác hợp kim màu Tuy nhiên quan niệm nghiên cứu gần đây, điều quan trọng cần lưu ý kim loại thường chất “giới hạn độ bền mỏi” “giới hạn mỏi”, tức là, ứng suất mà ứng suất kim loại chịu “số chu trình vơ hạn” Đặc biệt là, “trạng thái bình ổn” tuổi bền ứng suất xem “giới hạn mỏi” “giới hạn độ bền mỏi” qui ước, phá hủy mức xảy báo cáo Ví dụ, xem tham khảo từ [1] đến [3] thư mục tài liệu tham khảo 4.2 Biểu diễn kết thử mỏi Dự định nghiên cứu, cách sử dụng kết quả, chi phối lựa chọn phương pháp biểu diễn kết thích hợp từ phương pháp sử dụng, đồ thị phương pháp khác Kết thử mỏi thường biểu diễn đồ thị Trong báo cáo liệu thử mỏi, điều kiện thử phải xác định rõ ràng Mong muốn bổ sung liệu số xếp thành bảng vào biểu diễn đồ thị dạng biểu diễn cho phép 4.2.1 Đồ thị đường cong S-N Wohler Phương pháp biểu diễn kết thử mỏi đồ thị phổ biến vẽ biểu đồ hồnh độ số chu trình đến phá hủy, N, tung độ giá trị biên độ ứng suất hoặc, phụ thuộc vào loại chu trình ứng suất, ứng suất khác Đường cong vẽ trơn đường nội suy qua điểm thực nghiệm gọi đường cong S-N đường cong Wohler Thang lôga sử dụng cho số chu trình cách chọn cho dù có tuyến tính hay không thang lôga sử dụng cho trục ứng suất quyền người thử nghiệm Các đường cong riêng lẻ vẽ cho nhóm thử ứng với hệ số R Các kết thực nghiệm thường vẽ hình Ví dụ cách biểu diễn đồ thị Hình 5, sử dụng thang đo ứng suất tuyến tính (thẳng) 4.2.2 Biểu đồ ứng suất trung bình Giới hạn mỏi nhận từ đồ thị đường cong Wohler đường cong S-N vẽ biểu đồ giới hạn mỏi Các kết biểu diễn trực tiếp đồ thị cho, đặc biệt “độ bền mỏi”, biên độ ứng suất dựa ứng suất trung bình, Hình (biểu đồ Smith); việc vẽ đồ thị ứng suất lớn dựa ứng suất nhỏ nhất, Hình (biểu đồ Ros) Các kết thực nghiệm vẽ hình 4.2.3 Căn thẳng Việc kiểm tra thẳng phải thực cách sử dụng mẫu hiệu chuẩn tiêu chuẩn Mẫu minh họa Hình phải có dạng hình học tương tự với mẫu thử Mẫu thẳng nên làm từ thép tơi cứng vật liệu tương tự có khả biến dạng đàn hồi tổng 0,4 % lực tương ứng với biến dạng lớn đặt mẫu sử dụng loạt thử Để kiểm tra sai lệch dịch chuyển góc, dịch chuyển ngang và/hoặc dịch chuyển truyền tải, mẫu thẳng phải có cảm biến kẹp chặt vị trí A, B C minh họa Hình Cùng với đầu đáy (không phải hai) mẫu đo biến dạng kẹp thiết bị kẹp, nhiệt độ phải tính đến để làm cân điều chỉnh chuẩn không (0) khuyếch đại cầu đo Ở thời điểm này, mẫu thẳng phải kẹp kẹp kẹp Mẫu hiệu chỉnh phải đặt tải kéo đến biến dạng lớn 0,4 % lực tương ứng với biến dạng lớn đặt mẫu loạt thử, giá trị không vượt 0,4 % biến dạng mẫu thử hiệu chỉnh Lực thử phải đặt lên mẫu thử hiệu chỉnh bốn lần, tương ứng với vị trí mẫu: 0°, 90°, 180°, 270° Phần trăm độ uốn tính tốn cho vị trí bốn vị trí mẫu thử phù hợp với sơ đồ Hình Nếu phần trăm độ uốn vượt % nhiều ba mặt phẳng đo vị trí số bốn vị trí mẫu thử, điều chỉnh phải thực dẫn động khung thử đồ gá và/hoặc biến đổi đo lực, lặp lại qui trình đạt nhỏ % giới hạn phần trăm độ uốn Qui trình phải lặp lại nén ép để chắn thẳng nằm phạm vi qui định (nghĩa %) Nếu kiểm tra khơng thỏa mãn phải thực hiện: - Tính lặp lại phép đo phải kiểm định cách thực qui trình vài lần - Sự kiểm tra phải thiết lập để kết qui cho nhóm phép thử khơng qui cho mẫu thử - Các chi tiết cấu thành kẹp (dụng cụ, phần tử, máy) phải kiểm tra độ xác hình học chúng Hình dạng kích thước mẫu thử 5.1 Hình dạng mẫu thử Nói chung, phải sử dụng mẫu có phần thử gia cơng hồn tồn loại Hình Hình Mẫu thử sau: - Có mặt cắt ngang hình trịn, có cung lượn tròn tiếp tuyến phần thử với đầu [Hình a)], có bán kính liên tục hai đầu [Hình b)]; - Có mặt cắt ngang hình chữ nhật có chiều dày đồng phần thử có cung lượn trịn tiếp tuyến phần thử với đầu để kẹp [Hình a)], có bán kính liên tục hai đầu [Hình b)] Điều quan trọng cần lưu ý là, mẫu có mặt cắt ngang hình chữ nhật, cần phải giảm chiều dày chiều rộng phần thử Nếu điều cần thiết, cung lượn trịn phải u cầu theo hướng chiều dày chiều rộng Ngoài ra, mẫu có mặt cắt ngang hình chữ nhật, cần tính đến trạng thái bề mặt kim loại sử dụng ứng dụng thực tế, bề mặt phần thử mẫu thử phải giữ lại không gia công Đây thường trường hợp, phép thử mỏi tiến hành với việc sử dụng mẫu thử có mặt cắt ngang hình chữ nhật, kết thử ln so sánh với kết xác định mẫu hình trụ, khó khăn việc đạt bề mặt hồn thiện thích hợp vết nứt mỏi bắt đầu góc mẫu thử hình chữ nhật Đối với dạng khác mẫu thử mà phần thử định dạng bán kính lượn liên tục, bán kính khơng nhỏ 3d (hoặc 3b) hệ số tập trung ứng suất đàn hồi phải đưa vào báo cáo thử 5.2 Đo nhiệt độ mẫu thử Phép thử điển hình tiến hành nhiệt độ thường (lý tưởng từ 10 °C đến 35 °C) Trong trường hợp thử nhiệt độ thấp cao, nhiệt độ mẫu thử đo cách sử dụng cặp nhiệt điện tiếp xúc với bề mặt mẫu, thiết bị thích hợp khác có độ xác tới ± °C Nhiệt độ mẫu thử, T, phải dẫn chứng tài liệu xem “cao” (H), tức lớn 0,3 lần nhiệt độ đồng đẳng kim loại [nghĩa ≥ 0,3 TH = Tthử (K) / Tchảy (K)] Mẫu thử 6.1 Dạng hình học 6.2 Sản phẩm (thanh, phẳng dày mm) Phần đo mẫu đại diện phần tử thể tích vật liệu nghiên cứu, hàm ý dạng hình học mẫu không ảnh hưởng đến việc sử dụng kết Nên sử dụng kích thước hình học Bảng (xem Hình 3) Bảng Thơng số Đường kính chiều dài đo hình trụ Bán kính chuyển tiếp (từ phần song song đến Kích thước d ≥ 3mm r ≥ 2d đầu để kẹp) Đường kính ngồi (đầu để kẹp) D ≥ 2d Chiều dài phần làm giảm Lc ≤ 8d Có thể sử dụng mặt cắt ngang hình học chiều dài đo khác Điều quan trọng dung sai chung mẫu tơn trọng ba tính chất sau: - Độ song song - Độ đồng tâm - Độ vng góc // ≤ 0,005d ≤ 0,005d ⊥ ≤ 0,005d (Các giá trị biểu thị liên quan đến trục mặt phẳng chuẩn) 6.1.2 Sản phẩm phẳng có chiều dày nhỏ mm Nói chung, xem xét 6.1.1 áp dụng để thử cho sản phẩm Do thường đặt tải thấp, nên yêu cầu biến đổi đo lực phải nhạy cảm Nói chung, chiều rộng mẫu làm giảm đoạn chiều dài đo để tránh hỏng đầu kẹp Trong số ứng dụng, cần thiết bổ sung thêm miếng đệm đầu mẫu thử để tăng kẹp chặt chiều dày, để tránh hỏng đầu kẹp (Hình 10) Sự hiệu chỉnh thẳng mẫu thử phải kiểm tra cẩn thận về: - Độ song song thẳng hàng kẹp, - Sự thẳng hàng mẫu thử với trục đặt tải Sự kiểm định phải thực việc sử dụng mẫu có dạng hình học tương tự đến mức thực so với mẫu thử, trang bị biến dạng kế hai mặt Trong số trường hợp, cần phải sử dụng kẹp chống cong vênh mặt mẫu Ví dụ kẹp chống cong vênh Hình 11 Tuy nhiên, thường khơng sử dụng kẹp chống cong vênh 6.2 Chuẩn bị mẫu Trong tất chương trình thử mỏi để mơ tả tính chất bên (thuộc chất) vật liệu, điều quan trọng phải tuân theo kiến nghị sau chuẩn bị mẫu Có thể có sai khác so với kiến nghị chương trình thử tập trung vào xác định ảnh hưởng yếu tố riêng (xử lý bề mặt, oxy hóa, ) khơng thích hợp với kiến nghị Trong tất trường hợp, sai khác phải ghi báo cáo thử 6.2.1 Qui trình gia cơng 6.2.1.1 Qui định chung Qui trình gia cơng chọn gây ứng suất dư bề mặt mẫu có khả ảnh hưởng đến kết thử Ứng suất dư gây thay đổi nhiệt giai đoạn gia công, ứng suất kết hợp với biến dạng kim loại thay đổi tổ chức tế vi Ảnh hưởng chúng thấp thử nhiệt độ cao ứng suất dư khử phần tồn nhiệt độ cao Tuy nhiên, giảm ứng suất dư cách sử dụng qui trình gia cơng lần cuối thích hợp, đặc biệt trước đánh bóng lần cuối Đối với vật liệu cứng hơn, mài ưu tiên gia công cắt gọt (tiện phay) Tiếp sau đánh bóng - Mài: loại bỏ 0,1 mm đường kính cuối tốc độ không lớn 0,005 mm/một lần mài - Đánh bóng: loại bỏ lần cuối 0,025 mm với giấy giáp có kích thước hạt giảm dần Nên sử dụng phương đánh bóng lần cuối dọc theo trục mẫu 6.2.1.2 Sự thay đổi tổ chức tế vi kim loại Hiện tượng tăng nhiệt độ biến cứng nguội gia cơng Nó thay đổi pha vật chất thường kết tinh lại bề mặt Ảnh hưởng trực tiếp tượng làm cho phép thử khơng hợp lệ, vật liệu thử không vật liệu lúc đầu Do phải thực biện pháp phòng ngừa để tránh rủi ro 6.2.1.3 Sự lẫn tạp chất Cơ tính số loại vật liệu bị giảm có mặt vài nguyên tố hợp chất Ví dụ ảnh hưởng clo thép hợp kim titan Do phải tránh nguyên tố sản phẩm sử dụng (dung dịch trơn nguội, ) Nên rửa lau tẩy dầu mỡ cho mẫu thử trước bảo quản 6.2.2 Lấy mẫu ghi nhãn Việc lấy mẫu vật liệu thử từ bán thành phẩm từ phận có ảnh hưởng lớn đến kết nhận thử Do việc lấy mẫu cần thiết tiến hành với hiểu biết đầy đủ trạng thái Một vẽ lấy mẫu đính kèm với báo cáo thử phải cho biết cách rõ ràng về: - Vị trí mẫu thử, - Phương đặc trưng mà bán thành phẩm chế tạo (phương cán, đùn, …, thích hợp), - Ghi nhãn/sự nhận biết mẫu thử Các mẫu thử phải có nhãn/sự nhận biết giai đoạn khác chuẩn bị chúng Nhãn/sự nhận biết ứng dụng cách sử dụng phương pháp đáng tin cậy vùng khơng biến q trình gia công không ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng phép thử 6.2.3 Trạng thái bề mặt mẫu thử Trạng thái bề mặt mẫu thử có ảnh hưởng đến kết thử Ảnh hưởng thường kèm với nhiều yếu tố sau: - Độ nhám bề mặt mẫu thử; - Sự hiện ứng suất dư; - Sự thay đổi tổ chức tế vi vật liệu; - Sự lẫn tạp chất Các kiến nghị cho phép làm giảm ảnh hưởng yếu tố đến mức nhỏ Trạng thái bề mặt thường xác định độ nhám trung bình tương đương (ví dụ độ nhám 10 điểm chiều cao lớn nhấp nhô bề mặt) Ảnh hưởng thay đổi đến kết nhận phụ thuộc nhiều vào điều kiện thử, ảnh hưởng làm giảm ăn mòn bề mặt mẫu biến dạng dẻo Trong điều kiện thử nào, nên ưu tiên qui định độ nhám bề mặt trung bình Ra nhỏ 0,2 µm (hoặc tương đương) Xem ISO 4287 ISO 4288 Thông số quan trọng khác không bao gồm độ nhám trung bình có mặt vết xước cục gia công Các nguyên cơng cuối mẫu trịn phải loại bỏ tất vết xước theo chu vi tạo q trình tiện Đặc biệt nên đánh bóng học dọc theo trục sau mài lần cuối Kiểm tra với độ phóng đại nhỏ (khoảng 20 lần) phải không thấy vết xước theo chu vi chiều dài đo Nếu nhiệt luyện thực sau gia cơng hồn thiện thơ mẫu tiến hành đánh bóng lần cuối sau nhiệt luyện thích hợp Nếu khơng thể thực điều này, nhiệt luyện phải thực chân khơng khí trơ để ngăn ngừa oxy hóa mẫu thử Sự nhiệt luyện khơng làm thay đổi đặc tính tổ chức tế vi vật liệu Các đặc trưng nhiệt luyện qui trình gia cơng phải báo cáo với kết thử 6.2.4 Kiểm tra kích thước Các kích thước phải đo hồn thành giai đoạn gia cơng lần cuối cách dùng phương pháp đo cho không làm thay đổi trạng thái bề mặt 6.2.5 Bảo quản vận chuyển Sau chuẩn bị, mẫu phải bảo quản để ngăn ngừa rủi ro hư hỏng (các vết xước tiếp xúc, oxy hóa, ) Nên sử dụng hộp ống riêng biệt có nắp đầu Trong số trường hợp, cần thiết bảo quản chân khơng bình chống ẩm đổ đầy chất chống ẩm silicagen Việc vận chuyển nên giảm tới mức nhỏ cần thiết Sự ý đặc biệt phải đưa để ghi nhãn mẫu Sự nhận biết phải gắn vào đầu mẫu trước thử Thiết bị 7.1 Máy thử Phép thử phải thực máy kéo-nén, thiết kế để khởi động êm mà khơng có giật cục chuyển qua điểm khơng (0) Máy phải có độ cứng vững phương ngang thẳng xác Tồn hệ thống đặt tải (bao gồm biến đổi đo lực, thiết bị kẹp, mẫu) phải có độ cứng vững phương ngang có khả điều chỉnh đo lực áp dụng chu kỳ tải trọng dạng sóng đề nghị 7.1.1 Bộ biến đổi đo lực Bộ biến đổi đo lực phải có độ cứng vững phương ngang phương dọc trục Khả phải thích hợp cho lực đặt thử Bộ biến đổi đo lực phải đánh giá mỏi thích hợp cho lực đặt thử Lực thị ghi cổng từ máy vi tính hệ thống tự động, từ thiết bị ghi tín hiệu cuối hệ thống không tự động nào, phải nằm sai lệch cho phép qui định so với lực thực tế Khả cảm biến tải trọng phải đủ bao hàm dải tải trọng đo phép thử với độ xác tốt % giá trị đọc Cảm biến lực phải bù nhiệt khơng có trơi điểm khơng sai lệch độ nhạy lớn 0,002 % giá trị thang đo cho °C 7.1.2 Kẹp mẫu Thiết bị kẹp mẫu phải truyền lực có chu kỳ tới mẫu mà khơng có ngắt quãng dọc theo trục mẫu Khoảng cách đầu kẹp phải nhỏ tới mức để tránh xu hướng mẫu thử bị biến dạng Các đặc trưng hình học thiết bị kẹp mẫu phải đảm bảo hiệu chỉnh thẳng để đáp ứng yêu cầu qui định 7.1.3; Do cần thiết giới hạn số lượng phận thiết bị kẹp này, giảm số lượng bề mặt tiếp xúc học tới mức nhỏ Thiết bị kẹp phải đảm bảo việc lắp ghép mẫu thử lặp lại Thiết bị kẹp phải có bề mặt đảm bảo thẳng mẫu bề mặt này, cho phép truyền lực kéo nén khơng có ngắt qng suốt trình thử 7.1.3 Kiểm tra thẳng Sự uốn không thẳng hàng hệ thống kẹp cứng thường do: a) Dịch chuyển góc đầu kẹp mẫu thử; b) Dịch chuyển ngang chất tải (hoặc đầu kẹp mẫu thử) hệ thống cứng vững lý tưởng; c) Dịch chuyển lắp ráp truyền lực hệ thống không cứng vững; d) Trong trường hợp máy có trợ lực thủy lực, dẫn động có khe hở bên ổ lăn Sự thẳng phải kiểm tra trước loạt thử thời điểm có thay đổi truyền lực Phần trăm độ uốn không thẳng hàng máy phải ≤ % biến dạng dọc trục ± 50 micro biến dạng, lấy giá trị lớn Hình biểu diễn ví dụ khuyến nghị mẫu thẳng cảm biến Có kỹ thuật khác để đo thẳng mà thích hợp cho mục đích 7.2 Thiết bị đo để định lượng thử nghiệm 7.2.1 Hệ thống ghi Các hệ thống sau phải xem xét yêu cầu tối thiểu việc ghi liệu: Thiết bị đo lực lớn dựa vào thời gian Ví dụ, dao động kế thiết bị lưu trữ số có khả mơ tín hiệu ghi dạng ảnh dạng tương tự Các thiết bị cần thiết tốc độ tín hiệu ghi cao tốc độ lớn máy ghi Do chúng cho phép ghi thường xun sau mơ tốc độ thấp Các hệ thống mô tả thay hệ thống máy tính có khả thực nhiệm vụ tập hợp xử lý liệu dạng số 7.2.2 Bộ đếm chu kỳ Một đếm chu kỳ cần thiết để ghi số chu kỳ 7.3 Kiểm tra kiểm định Máy thử hệ thống đo điều khiển phải kiểm tra đặn Theo qui định, biến đổi đo lực điện tử kết hợp phải kiểm tra thiết bị - Lực phải hiệu chuẩn phù hợp với ISO 7500-1 và, theo tiêu chuẩn này, phải liên kết với chuẩn quốc gia - Hệ thống đo nhiệt độ phải kiểm định theo tiêu chuẩn ISO tiêu chuẩn quốc gia tương ứng Máy thử Hệ thống đo lực máy thử phải kiểm định tĩnh phù hợp với ISO 7500-1: 2004, đạt tới cấp Nó phải đảm bảo sai số đo lực động gia tăng không vượt ± % phạm vi đo lực yêu cầu CHÚ THÍCH 1: Điều quan trọng để nhận tầm quan trọng sai số động (lực quán tính) đưa vào khối lượng cảm biến tải trọng mẫu thử Sai số lực quán tính = khối lượng kẹp x gia tốc riêng Các sai số lực quán tính, tính phần trăm phạm vi đo lực, khác với bình phương tần số chịu ảnh hưởng nhiều vào phù hợp mẫu Sự cộng hưởng máy thử (thân máy cứng vững) phần gá lắp máy nguồn sai số có ảnh hưởng lớn Máy thử có cảm biến tải trọng riêng, thiết bị kẹp khớp nối sử dụng để thử động mẫu đo biến dạng lực kế, làm tương tự mẫu thử, phải kiểm định để đo lực động dải tần số quan tâm CHÚ THÍCH 2: Để tránh sai số động ≥ ± % phạm vi đo lực, cần tạo bảng sai số để hiệu chỉnh phạm vi đo lực động máy thử Máy thử phải trang bị hệ thống đếm chu kỳ xác đến % có sai số ngắt máy mẫu phá hủy Khi cần có lực đảo chiều loạt thử, truyền tải không ngắt quãng CHÚ THÍCH 3: ISO 4965 đưa chi tiết kiểm định động Lắp đặt mẫu Thực cẩn thận để đảm bảo mẫu thử định vị dụng cụ kẹp đỉnh kẹp đáy mẫu thử cho lực tác dụng dọc theo trục, dạng ứng suất xuất dự định Với mẫu thử hình chữ nhật, điều quan trọng đảm bảo cho lực phân bố mặt cắt ngang mẫu thử Mặc dù không nên dùng, mẫu thử có mặt cắt ngang hình trịn tạo ren đầu, kết cấu dụng cụ kẹp phải đảm bảo khơng có (hoặc nhỏ) ứng suất xoắn truyền cho mẫu thử siết chặt đai ốc khóa Trong trường hợp sử dụng mẫu có ren đầu, số kiểu liên kết lực mặt phẳng dẹt mặt đồng tâm sử dụng dọc theo đường ren để mô men xiết nhỏ 10 Tốc độ thử Tần số chu trình lực phụ thuộc vào loại máy thử sử dụng số trường hợp phụ thuộc vào độ cứng vững mẫu thử Tần số chọn phải cho thích hợp kết hợp riêng vật liệu, mẫu thử máy thử Nếu tần số xác định từ kết hợp đặc tính động mẫu thử máy thử, cần đo độ cứng vững mẫu thử trước bắt đầu thử CHÚ THÍCH 1: Dải tần số máy thử mỏi có điều khiển lực dọc trục thường sử dụng xấp xỉ Hz đến 300 Hz Ở tần số cao, nóng lên đáng kể mẫu thử xảy ra, điều ảnh hưởng tới kết thử độ bền tuổi thọ Nếu nóng lên xảy ra, nên giảm tần số thử Nếu nhiệt độ mẫu thử vượt 35 °C, nhiệt độ phải ghi lại CHÚ THÍCH 2: Nếu ảnh hưởng mơi trường đáng kể, kết thử thích hợp phụ thuộc vào tần số 11 Đặt lực Qui trình chung để đạt điều kiện chạy toàn tải phải mẫu thử Lực trung bình phạm vi đo lực phải trì với sai số ± % phạm vi đo lực, đồng thời sai số tĩnh qui định ISO 7500-1 Xem Điều 12 Ghi nhiệt độ độ ẩm Nhiệt độ độ ẩm lớn nhỏ phải ghi lại hàng ngày trình thử 13 Dấu hiệu phá hủy kết thúc thử 13.1 Dấu hiệu phá hủy Nếu qui định khác, dấu hiệu phá hủy phải đứt rời mẫu thử CHÚ THÍCH: Trong ứng dụng đặc biệt, chấp nhận dấu hiệu khác, ví dụ như, xuất vết nứt mỏi nhìn thấy mắt thường, biến dạng dẻo mẫu thử tốc độ lan truyền vết nứt 13.2 Kết thúc thử Phép thử kết thúc mẫu thử phá hủy số chu trình xác định trước đặt vào, theo thỏa thuận bên liên quan 14 Báo cáo thử nghiệm Báo cáo thử phải bao gồm thông tin sau cho loạt thử, được: a) Số hiệu tiêu chuẩn này; b) Vật liệu thử, đặc tính luyện kim nó, tính, nhiệt luyện cho mẫu thử; c) Vị trí mẫu thử vật liệu gốc; d) Hình dạng kích thước danh nghĩa mẫu thử; e) Trạng thái bề mặt mẫu thử Báo cáo thử phải bao gồm thông tin sau cho mẫu thử riêng biệt: 1) Các kích thước mặt cắt ngang; 2) Biên độ lớn nhỏ lực thử đặt vào; 3) Trạng thái ứng suất đặt vào; 4) Tần số tuổi thọ; 5) Sự mô tả máy thử sử dụng: loại, số seri, cảm biến lực số seri, số mô tả biến đổi đo lực; 6) Nhiệt độ mẫu thử xảy nóng lên (nghĩa lớn 35 °C); 7) Nhiệt độ khơng khí lớn nhỏ độ ẩm tương đối; 8) Dấu hiệu kết thúc phép thử; nghĩa là, thời gian thử (ví dụ, 107 chu trình), mẫu thử phá hủy hoàn toàn, dấu hiệu khác; 9) Bất kỳ quan sát riêng sai khác so với điều kiện thử yêu cầu Ngoài ra, kết thử biểu diễn đồ thị CHÚ DẪN: X Thời gian Y Ứng suất Sự nén biến đổi Biến đổi nén - kéo Sự kéo biến đổi Hình - Các loại chu trình ứng suất CHÚ DẪN: X Thời gian Y Ứng suất chu trình ứng suất ứng suất lớn nhất, σmax ứng suất trung bình, σm ứng suất nhỏ nhất, σmin biên độ ứng suất, σa miền ứng suất, ∆σa Hình - Chu trình ứng suất mỏi Hình – Mẫu thử có mặt cắt ngang hình trịn Hình – Mẫu thử có mặt cắt ngang hình chữ nhật CHÚ DẪN: X Số chu trình đến phá hủy, N Y Biên độ ứng suất, σa, MPa 1R=-1 nhiệt độ thường Hình - Đồ thị đường cong Woher S-N CHÚ DẪN: X Ứng suất trung bình, σm, MPa Y Biên độ ứng suất, σa, MPa độ bền kéo 0,2 % giới hạn chảy Hình - Biên độ ứng suất (σa) dựa ứng suất trung bình (σm), [sơ đồ Haigh] CHÚ DẪN: X Ứng suất trung bình, σm, Mpa Y Ứng suất lớn nhỏ nhất, σmax σmin, Mpa độ bền kéo 0,2 % giới hạn chảy Hình - Ứng suất lớn nhỏ (σmax σmin) dựa ứng suất trung bình (σm) [sơ đồ Smith] CHÚ DẪN: X Ứng suất nhỏ nhất, σmin, Mpa Y Ứng suất lớn nhất, σmax, Mpa 0,2 % giới hạn chảy Hình - Ứng suất lớn (σmax) dựa ứng suất nhỏ (σmin) [sơ đồ Ros] Uốn theo phương X-X: ε A − ε A1 × 100 = % AX − X ε A + ε A1 Uốn theo phương Y-Y: ε A3 − ε A × 100% = % AY −Y ε A3 + ε A Uốn mặt phẳng A ( % AX − X ) + ( % AY −Y ) Phải lặp lại cho vị trí lần đo: 0, 90, 180, 270° Phải lặp lại cho mặt phẳng C với mặt phẳng B Khơng cho phép mặt phẳng có độ uốn lớn % CHÚ DẪN: < 5% ε biến dạng: thay đổi đơn vị, lực gây ra, theo kích thước hình dạng vật thể Các ký hiệu vị trí thiết bị đo biến dạng mẫu Hình - Sơ đồ thẳng CHÚ DẪN: miếng đệm đầu làm tròn miếng đệm đầu uốn để ngăn ngừa việc làm lõm vào đầu kẹp vùng kẹp Có thể giữ vị trí epoxy Hình 10 - Sơ đồ kẹp chặt mẫu dạng phẳng CHÚ DẪN: polytetrafluoroethylene mẫu Hình 11 – Tấm kẹp chống cong vênh cho mẫu dạng phẳng THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ATRENS, A., HOFFELNER, W., DUERIG T.W and ALLISON, J.E Subsurface Crack Initiation in High Cycle Fatigue in Ti6AI4V and in a Typical Martensitic Steel, Scripta Metallurgica, Vol 17, pp 601606, 1983 (Sự khởi đầu vết nứt lớp bề mặt thử mỏi chu trình cao Ti6AI4V thép mactensit điển hình) [2] MAYER, H.R., LIPOWSKY, H., PAPAKYRIACOU, M., RƯSCH, R., STICH, A., STANZL-TSCHEGG, S.E Application of Ultrasound for Fatigue Testing of Lightweight Alloys, Fatigue Fract Eng Mater Struct., 22, pp 591-599 (1999) (Ứng dụng kỹ thuật siêu âm thử mỏi hợp kim nhẹ) [3] PAPAKYRIACOU, M., MAVER, H., PYPEN, C., PLENK Jr, H., STANZL-TSCHEGG, S Influence of Loading Frequency on High-Cycle Fatigue Properties of BCC and HCP Metals, Mat Sci Eng., A, 308, pp 143-152 (2001) (Ảnh hưởng tần số tải trọng chu trình cao tính mỏi kim loại BCC HCP)