GB/T 40320-2021 铝合金力学熔点测试方法

　　ICS 77 . 040 . 10 CCS H 2 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40320—2021

　　铝合金力学熔点测试方法

　　Measuringmethodformechanicalmeltingtemperatureofaluminum alloy

　　2021-08-20 发布 2022-03-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40320—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国有色金属工业协会提出。

　　本文件由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243)归口 。

　　本文件起草单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司、上海交通大学、山东南山铝业股份有限公司、中国兵器工业第五二研究所烟台分所、国合通用测试评价认证股份公司、广西南南铝加工有限公司、龙口市丛林铝材有限公司、中车唐山机车车辆有限公司、东北轻合金有限责任公司。

　　本文件主要起草人：丁叁叁、田爱琴、孙晓红、徐济进、申晓丽、杨泽云、郑自芹、金雨佳、高玉龙、莫宇飞、王刚、徐世东、高军、冯超、余春、赵志国、梁景恒、蔡宜成、刘西净。

　　GB/T 40320—202 1

　　铝合金力学熔点测试方法

　　1 范围

　　本文件规定了铝合金力学熔点测试方法。

　　本文件适用于铝合金板材或型材的焊接、热处理、铸造、锻压等热加工过程的力学熔点测试及其参数优化。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2614 镍铬-镍硅热电偶丝

　　GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

　　GB/T 16825 . 1—2008 静力单轴试验机的检验 第 1 部分：拉力和(或)压力机测力系统的检验与校准

　　GB/T 16865 变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法

　　JJF 1637—2017 廉金属热电偶校准规范

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　力学熔点 mechanicalmeltingtemperature

　　测定金属材料不同峰值温度热循环后的残余应力，形成残余应力与峰值温度曲线，残余应力达到波峰时的温度与残余应力下降到波谷时的温度的区间，单位：℃ 。

　　注：残余应力与峰值温度曲线上，波峰时的温度为力学熔点的起始温度，波谷时的温度为力学熔点的结束温度。

　　3.2

　　热循环曲线 thermalcyclecurve

　　加热、冷却过程中温度随时间变化的曲线。

　　4 方法原理

　　采用试验机模拟铝合金热加工过程中不同峰值温度下的热循环曲线，测量不同峰值温度下的残余应力，得出残余应力与峰值温度的关系，通过计算获得铝合金力学熔点。

　　5 仪器与设备

　　5 . 1 试验机

　　5 . 1 . 1 试验机的测力系统应按照 GB/T 16825 . 1—2008 进行校准，其准确度应为 1 级或 0 . 5 级 。

　　GB/T 40320—202 1

　　5 . 1 . 2 试验机加热速率应不小于 350 ℃/s,试验机应具有回零功能。

　　5 . 1 . 3 采用镍铬-镍硅热电偶测温，两根热电偶丝应分开，热电偶丝直径为 0 . 15 mm~0 . 30 mm,热电偶丝材料应符合 GB/T 2614 的要求，K 型热电偶应符合 JJF 1637—2017 要求的 1 级热电偶。

　　5 . 2 夹具

　　5 . 2 . 1 夹具材料宜采用高温合金，如工具钢、镍基合金等。

　　5 . 2 . 2 力学熔点测试试样两端应刚性固定，装夹典型示意图见图 1,固定销与上夹具刚性固定。

　　标引序号说明：

　　1 — 下夹具;

　　2 — 上夹具;

　　3 — 固定销;

　　4 — 试样。

　　图 1 装夹典型示意图

　　5 . 3 量具

　　5 . 3 . 1 游标卡尺分辨力应不低于 0 . 01 mm。

　　5 . 3 . 2 塞尺分辨力应不低于 0 . 02 mm。

　　6 试样

　　6 . 1 形状与尺寸

　　6 . 1 . 1 试样形状应满足 GB/T 16865 的要求，弯曲变形量应不大于 0 . 20 mm,矩形试样示意图见图 2 。

　　6 . 1 . 2 试样宽度 b 为试样厚度a 的 2 倍，平行段长度 l0 为试样宽度 b 的 5 倍 。试样夹持端的形状应适

　　合试验机的夹头，试样夹持端和平行段长度之间以过渡圆弧连接。

　　GB/T 40320—202 1单位为毫米

　　标引序号说明：

　　a —厚度;

　　b —宽度;

　　H— 夹持端宽度;

　　l0 —平行段长度;

　　l1 — 圆孔间距;

　　l —试样总长度;

　　r —过渡圆弧半径。

　　图 2 矩形试样示意图

　　6 . 2 试样加工

　　6 . 2 . 1 在铝合金板材、型材上取样，试样切取部位和方向应满足 GB/T 16865 的规定。

　　6 . 2 . 2 切取和机械加工试样时，均应预防冷加工或受热对材料的力学性能的影响，宜在切削机床上进行。

　　6 . 2 . 3 制备试样的缩减部分(包括过渡处)不应使用冲压加工。

　　6 . 2 . 4 加工后的试样表面应无毛刺，试样形状与尺寸应满足 6 . 1 的要求。

　　7 力学熔点测试

　　7 . 1 试验环境

　　试验环境温度应为室温，相对湿度应为 30%~80%。

　　7 . 2 热循环曲线绘制

　　7 . 2 . 1 采用温度测量法或数值模拟技术获得实际热加工过程中工件不同位置处的温度数据。

　　7 . 2 . 2 根据温度数据，绘制不同峰值温度下的热循环曲线，如图 3 所示。

　　GB/T 40320—202 1

　　标引序号说明：

　　th1 —加热过程第一阶段加热时间;

　　th2 — 总加热时间;

　　Tpk1 —加热过程的第一阶段峰值温度;

　　Tpk2 —加热过程的第二阶段峰值温度;

　　℃c —冷却速率;

　　℃h1 —加热过程第一阶段加热速率;

　　℃h2 —加热过程第二阶段加热速率。

　　图 3 热循环曲线

　　7 . 3 热循环特征参数确定

　　7 . 3 . 1 根据绘制的热循环曲线图确定峰值温度、加热速率和冷却速率，其中加热过程分为两阶段，热循环特征参数包括第一阶段峰值温度 Tpk1、第二阶段峰值温度 Tpk2、第一阶段加热速率℃h1、第二阶段加热速率℃h2、第一阶段加热时间 th1和总加热时间 th2 。

　　7 . 3 . 2 第二阶段峰值温度 Tpk2 与第一阶段峰值温度 Tpk1 之差应不超过 50 ℃ 。

　　7 . 3 . 3 第一阶段加热速率℃h1和第二阶段加热速率℃h2通过线性拟合获得。

　　7 . 3 . 4 第一阶段加热速率℃h1 的拟合直线与试验环境温度水平线的交点对应的时间设为 0 s。

　　7 . 3 . 5 第二阶段加热时间(th2-th1)应不小于 1 s。

　　7 . 3 . 6 冷却速率 ℃c 根据实际给定的冷却速率确定。

　　7 . 3 . 7 记录热循环特征参数值。

　　7 . 4 力学熔点测试步骤

　　7 . 4 . 1 在 200 ℃ ~550 ℃温度区间内均布选择不少于 8 个预设峰值温度，每个预设峰值温度测试 5 个试样，根据 7 . 6 确定增补试样数量。

　　7 . 4 . 2 使用游标卡尺按 GB/T 16865 规定的方法测量试样厚度 a 和宽度b，试样厚度与宽度的乘积即为原始横截面积 A。

　　7 . 4 . 3 按预设峰值温度对试样进行编号。

　　7 . 4 . 4 热电偶应点焊在试样中心线上，热电偶两焊点间距应不超过 2 mm,如图 4 所示。

　　GB/T 40320—202 1

　　图 4 热电偶点焊示意图

　　7 . 4 . 5 将试样按图 1 装夹到试验机中，应保证试样两端刚性固定，试验过程中试样不应移动。

　　7 . 4 . 6 将热电偶连接到试验机的温度测量通道上，进行温度采集及控制。

　　7 . 4 . 7 根据热循环特征参数，编制热循环模拟试验程序，加热前应将力归零，采用位移控制模式进行试验。

　　7 . 4 . 8 运行试验，采集和保存时间 t、温度 T、力 F 等试验数据。

　　7 . 4 . 9 按从低到高的预设峰值温度进行试验，每个预设峰值温度测试 5 个试样，每次试验需更换试样，重复步骤 7 . 4 . 2~7 . 4 . 8,完成不同预设峰值温度下的热模拟试验。

　　7 . 5 数据处理及计算

　　7 . 5 . 1 根据试验数据，绘制力-温度的曲线图，并对数据进行拟合。

　　7 . 5 . 2 按公式(1)计算热循环过程的应力值σ,绘制应力-温度曲线图，见图 5 。

　　………………………………( 1 )

　　式中：

　　F — 力，单位为牛顿(N) ;

　　A —原始横截面积，单位为平方毫米(mm2 ) 。

　　7 . 5 . 3 从图 5 获得不同峰值温度试验下的屈服温度、屈服应力以及残余应力。

　　图 5 应力-温度曲线图

　　7 . 6 数据有效性判定

　　7 . 6 . 1 测试完成后，根据相同峰值温度下的屈服温度、屈服应力以及残余应力，按公式(2) 计算样本标准差 S：

　　S=槡 ………………………( 2 )

　　GB/T 40320—202 1

　　式中：

　　n —样本数;

　　xi —单次样本测量值;

　　x —样本平均值。

　　7 . 6 . 2 相同峰值温度下的屈服温度、屈服应力以及残余应力应在 95%的置信度区间(x-k(p，1-α,ν) S， x+k(p，1-α,ν) S)内，记为有效数据。 k(p，1-α,ν) 为正态分布的单边误差限系数，1-α=95%为置信度，α 为

　　0 . 05 。

　　7 . 6 . 3 如果试验测试的屈服温度、屈服应力以及残余应力中任何一个数据不在置信度区间，判定试验结果无效，应双倍取样进行补测，确保相同峰值温度下有 5 个有效试验数据，并进行记录。

　　7 . 7 力学熔点计算

　　7 . 7 . 1 对每个峰值温度下有效试验数据的残余应力取平均值，绘制残余应力与峰值温度曲线图，见图 6,采用一元四次方程拟合获得数学方程，求解方程一阶导数为零的温度结果，中间值为力学熔点起始温度，最大值为力学熔点结束温度。 力学熔点值按 GB/T 8170 规定修约，结果保留至整数。

　　7 . 7 . 2 根据残余应力-峰值温度曲线(见图 6),记录力学熔点数据。

　　图 6 残余应力-峰值温度曲线图

　　8 试验报告

　　试验报告应至少包括下列内容：

　　a) 本文件编号;

　　b ) 试样标识;

　　c) 铝合金牌号、状态;

　　d) 试样尺寸;

　　e) 热循环特征参数及冷却方式;

　　f) 试验结果。