金属疲劳是指材料在交变应力作用下发生破坏的现象。机械零件在长期交变载荷下，局部高应力区域会形成微小裂纹，随后裂纹逐渐扩展直至断裂。疲劳破坏具有时间上的突发性、空间上的局部性，并对环境及缺陷高度敏感，因此往往难以及时发现，容易导致事故。影响金属疲劳的主要因素包括应力幅值、平均应力以及循环次数。
试验目的
通过疲劳试验评估金属材料在交变载荷下的抗疲劳性能，并预测其在不同应力水平下的失效寿命（循环次数）。
制样及S-N曲线测定
S-N曲线（应力-寿命曲线）描述了应力幅值（Stress, S）与失效循环次数（Number of cycles, N）之间的对数关系，是表征材料疲劳特性的重要手段。
试样要求
- 标准试样：遵循ASTM E466推荐的哑铃型试样设计，以减少应力集中。
- 表面处理：工作段抛光至Ra < 0.2 μm，避免表面缺陷引发早期裂纹。
- 材料均一性：同批次材料应避免成分偏析或热处理差异。
- 取样方向：各向异性材料需明确轧制方向，如铝合金板材。
测试设计
- 每组应力水平至少3个试样，高精度区域（疲劳极限附近）增加至10个试样。
- 高应力区：选择3-5个应力水平，循环次数覆盖103~106次。
- 低应力区：采用“阶梯法”或“升降法”，增加试样数量至7-10组，提高疲劳极限精度。
- 校准与验证：定期校准载荷传感器及位移测量系统，并结合断口分析确认失效模式。
- 终止条件：常规终止为试样完全断裂；Run-out未断裂时，钢材设定为107次循环，铝合金为5×107次循环。
适用标准
- ASTM E466：轴向力控疲劳（室温），载荷误差<±1%，频率稳定性<±2%。
- ISO 12107：统计分析方法，Run-out数据采用韦伯分布处理。
- GB/T 3075：金属材料疲劳试验轴向力控制方法。
- JIS Z2279：高频疲劳（频率>50 Hz）需报告温升曲线。
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