GB/T 15824-2008 热作模具钢热疲劳试验方法

　　ICS 77 . 040 . 30 J 46

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 15824—2008代替 GB/T 15824—1995

　　热作模具钢热疲劳试验方法

　　Thermalfatiguetesting method forhotdiesteel

　　2008-06-06 发布 2009-01-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 15824—2008

　　前 言

　　本标准代替 GB/T 15824—1995《热作模具钢热疲劳试验方法》。

　　本标准与 GB/T 15824—1995 相比主要变化如下：

　　— 删除了若干标准中未涉及或通用的符号术语;

　　— 对试验设备及原理以及相应框图作了适当修改;

　　— 热疲劳级别图谱做了计算机优化处理;

　　— 增加了部分术语词条 。

　　本标准由全国模具标准化技术委员会(SAC/TC 33)提出并归 口 。

　　本标准起草单位：北京机电研究所 、机械科学研究总院先进制造技术研究中心 。

　　本标准主要起草人：武兵书 、姜超 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB/T 15824—1995 。

　　Ⅰ

　　GB/T 15824—2008

　　热作模具钢热疲劳试验方法

　　1 范围

　　本标准规定了热作模具钢热疲劳试验方法中的符号和术语 、试样及其制备 、试验设备 、试验程序 、热疲劳级别图谱及数据处理 、试验报告内容 。

　　本标准适用于测定热作模具钢的抗热疲劳性能 。材料研制 、机械设计 、工艺和质量控制 、产品性能和失效分析可参照使用本标准 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。凡是注 日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本适用于本标准 。

　　GB/T 2614 镍铬-镍硅热电偶丝

　　GB/T 3772 铂铑 10-铂热电偶丝

　　3 符号与术语

　　3 . 1 符号 、术语见表 1 。

　　表 1 热作模具钢热疲劳试验符号术语

　　序号

　　符号

　　术 语

　　定 义

　　单位

　　1

　　Tmax(T2 )

　　上限温度

　　试验的最高温度

　　℃

　　2

　　Tmin(T1 )

　　下限温度

　　试验的最低温度

　　℃

　　3

　　Ts

　　表面温度

　　试验的表面温度

　　℃

　　4

　　Tc

　　心部温度

　　试验的心部温度

　　℃

　　5

　　Δδt

　　真实总应变范围

　　在一次 循 环 中，最 大 与 最 小 真 实 应 变 的 代 数 差Δε=α(Tmax -Tmin )

　　6

　　σ1

　　Tmin 下的屈服强度

　　试验材料在下限温度 Tmin 下的屈服强度

　　Pa

　　7

　　σ2

　　Tmax 下的屈服强度

　　试验材料在上限温度 Tmax 下的屈服强度

　　Pa

　　8

　　E1

　　Tmin 下的弹性模量

　　试验材料在下限温度 Tmin 下的弹性模量

　　GPa

　　9

　　E2

　　Tmax 下的弹性模量

　　试验材料在上限温度 Tmax 下的弹性模量

　　GPa

　　10

　　μ1

　　Tmin 下的泊松比

　　试验材料在下限温度 Tmin 下的泊松比

　　11

　　μ2

　　Tmax 下的泊松比

　　试验材料在上限温度 Tmax 下的泊松比

　　12

　　t

　　加热时间

　　s

　　13

　　P

　　表面功率

　　高频加热设备给试样加热时的表面功率

　　W

　　14

　　R

　　试样半径

　　mm

　　15

　　r

　　与试样轴心的距离

　　试样内某一点距试样轴心的距离

　　mm

　　16

　　ΔΤ

　　温度差

　　表面温度和心部温度之差 ΔT=Ts -Tc

　　℃

　　1

　　GB/T 15824—2008

　　3 . 2 热疲劳是指材料在交变温度下，由于热应力使材料损伤以致开裂的现象 。

　　4 试样及试样制备

　　4 . 1 热疲劳试样的形状及尺寸见图 1 。试样有两个轴向平行平面 A 和 B，A平面为观察面，B 平面焊接热电偶 。

　　尺寸单位为毫米

　　图 1 试样尺寸

　　4 . 2 试样按材料或零件技术规范所规定的部位和方向切取 。试样的切取不应改变材料的力学性能 。

　　4 . 3 试样观察面的表面粗糙度 Ra的最大允许值为 0 . 32 μm 。

　　5 试验设备

　　5 . 1 试验原理及试验设备方框图

　　其原理是利用高频感应对试样快速加热，达到试验上限温度(Tmax ) 后用压缩空气或压缩空气加水(喷雾)或水急速冷却至下限温度(Tmin ),试样由于内约束而产生热应力 。 加热-冷却循环一定次数后，试样表面在热应力作用下产生损伤程度不同的热疲劳龟裂 。这种龟裂与失效模具上的龟裂形貌相似 。试验设备方框图见图 2 。

　　图 2 试验设备方框图

　　5 . 2 主机及淬火变压器

　　热疲劳试验法的主机为高频感应加热设备(高频电源选用，振荡功率：10 kW,振荡频率：200 kHz ~ 500 kHz),经淬火变压器转换后联结复合感应圈使试样加热 。

　　5 . 3 感应圈

　　感应圈为复合式结构，可以实现对试样的加热和冷却，结构简图见图 3 。感应圈外圈通过循环水冷却感应圈自身，内圈通过冷却介质冷却试样 。感应圈内圈喷孔间距为 3 mm均布 。

　　2

　　GB/T 15824—2008

　　单位为毫米

　　图 3 感应圈简图

　　5 . 4 冷却装置

　　冷却装置由冷却介质容器 、阀门管道和感应圈喷水机构组成 。冷却介质为水 、压缩空气或二者的混合物;根据实验要求，通过感应圈喷孔可以喷水 、雾或压缩空气;

　　5 . 5 控制与记录系统

　　控制系统的功能是控制温度 、控制试样的加热和冷却过程 、记录并处理数据 。试样加热和冷却过程转换，由控制系统对感应加热电源和电磁阀控制实现：试样加热时，电磁阀关闭;试样冷却时，电磁阀开启，加热电源自动关闭 。

　　6 试验程序

　　6 . 1 开启主机，预热 30 min ~ 60 min 。

　　6 . 2 准备好冷却介质，如开启空气压缩机以便喷雾或喷压缩空气 。

　　6 . 3 将试样置入试验台支座 。试样与感应圈同心 。

　　6 . 4 温度测量

　　热电偶焊在试样上直接测量 。

　　6 . 4 . 1 热电偶

　　6 . 4 . 1 . 1 模具钢热疲劳试验温度在 850℃以下 。热电偶应符合 GB/T 2614 、GB/T 3772 的要求 。

　　6 . 4 . 1 . 2 热电偶的直径根据两个因素选择，第一，在高温下不变质;第二，测温的灵敏度高 。热疲劳试验应选用 0 . 1 mm ~ 0 . 3 mm直径的热电偶，温度低选用 0 . 1 mm,温度高选用 0 . 3 mm 。 温度误差应控制在 ±10℃以内 。

　　6 . 4 . 1 . 3 热电偶的两个端部分别焊在试样表面，焊点间距保持约 1 mm 。

　　6 . 5 记录装置

　　对循环温度的变化及循环次数进行记录，温度记录装置的误差不应超过 ±10 ℃ 。

　　7 热疲劳级别图谱及数据处理

　　7 . 1 试验完后试样经缓蚀液清洗，去掉试样表面的水垢后，选择试样上感应加热带的中心位置在 80 倍读数显微镜下观察或照相后与标准图谱比较，以网状裂纹的严重程度和主裂纹的尺寸各评一个级别，然后将这两种级别相加便得到此试样的热疲劳级别 。热疲劳级别图谱见图 4 ~ 图 13 。

　　3

　　GB/T 15824—2008

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 4 1 级热疲劳图谱 × 80

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 5 2 级热疲劳图谱 × 80

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 6 3 级热疲劳图谱 × 80

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 7 4 级热疲劳图谱 × 80

　　4

　　GB/T 15824—2008

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 8 5 级热疲劳图谱 × 80

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 9 6 级热疲劳图谱 × 80

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 10 7 级热疲劳图谱 × 80

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 1 1 8 级热疲劳图谱 × 80

　　5

　　GB/T 15824—2008

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹图 12 9 级热疲劳图谱 × 80

　　a) 网状裂纹 b) 主裂纹

　　图 13 10 级热疲劳图谱 × 80

　　7 . 2 热疲劳试验数据有一定的分散性，每一组工艺应准备三根试样，以便进行重复性验证 。

　　7 . 3 如几种材料进行热疲劳性能对比，循环次数通常为 1 000 次(或根据用户要求)。热疲劳级别高则热疲劳性能差，试验结果用图 14 的形式表示 。 图中 B材料热疲劳性能最好，A材料热疲劳性能最差 。

　　图 14 三种材料的热疲劳级别

　　8 试验报告及其内容

　　8 . 1 材料的牌号 、名称 、炉号 、热处理工艺参数 。

　　8 . 2 试验条件：试验机型号 、试验上下限温度 、循环次数 、冷却介质 。

　　8 . 3 评定级别 。

　　8 . 4 试验时间 。

　　6

　　GB/T 1 5 82 4 2 0 0 8

　　—

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　　热作模具钢热疲劳试验方法

　　GB/T 15824—2008

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　　开本 880 × 1230 1/16 印张 0 . 75 字数 13 千字

　　2008 年 8 月第一版 2008 年 8 月第一次印刷

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