CN113281201A - 一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法 - Google Patents

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符朝旭
吴帅
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刘俊
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Abstract

本发明公开了一种金属材料海洋大气环境‑扭转疲劳耦合试验方法，其包括步骤有：将呈轴状结构的金属材料置于海洋户外环境下进行包含扭转疲劳试验、静态暴露试验的交替循环试验，以天作为试验基本单位，以设定周期进行抗扭强度性能检测，并绘制试验曲线，作为金属材料的海洋户外环境适应性评价指标。该发明从本质上反映了海洋大气中多环境因素腐蚀与扭转疲劳载荷耦合作用下对金属材料性能退化影响，可用于快速评估金属材料的海洋环境适应性。

Description

一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法
技术领域
本发明涉及环境试验技术领域，具体涉及一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法。
背景技术
车辆扭力轴、飞机起落架等关键承载结构件在海洋大气环境服役过程中，一方面遭受扭转疲劳载荷的作用，另一方面还遭受温度、湿度、太阳辐射和盐雾等多种海洋大气环境因素腐蚀的综合影响，这种海洋大气环境腐蚀及扭转疲劳载荷的耦合作用极易造成关键承载结构件的腐蚀疲劳断裂，对装备的可靠服役造成重大隐患。
目前，国内外对于材料腐蚀扭转疲劳性能测试，已从实验室腐蚀模拟扭转疲劳试验向户外环境下扭转疲劳试验转变，如中国专利“一种海洋气候环境-扭转载荷耦合试验装置及试验方法(ZL201811011879.4)”公开了一种可在海洋气候环境下开展扭转疲劳试验的装置及其使用方法，可实现海洋气候环境腐蚀与扭转疲劳试验结合，但该专利对于户外环境下扭转疲劳试验方法未进行详细描述，其主要详尽设备的具体使用方法。
建立海洋大气户外环境下扭转疲劳试验方法，探索金属材料在海洋大气环境和扭转疲劳耦合作用下的扭转性能退化规律，对于丰富和发展材料力学性能试验方法和腐蚀疲劳等相关理论具有重要的学术价值，对应用于海洋大气环境下的关键承载结构的设计、选材，提高使用性能和寿命等具有重要的工程应用价值。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明提出一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法，从本质上反映了海洋大气中多环境因素腐蚀与扭转疲劳载荷耦合作用下对金属材料性能退化影响，可用于快速评估金属材料的海洋环境适应性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法，其包括步骤有：将呈轴状结构的金属材料置于海洋户外环境下进行包含扭转疲劳试验、静态暴露试验的交替循环试验，以天作为试验基本单位，以设定周期进行抗扭强度性能检测，并绘制试验曲线，作为金属材料的海洋户外环境适应性评价指标。
具体地，所述扭转疲劳试验包括：以0.45Tm应力水平、-45°～45°扭转角度、正弦波加载波形、2Hz加载频率对金属材料进行扭转加载，加载时间：每天上午连续7分钟，下午连续7分钟，其中,Tm为金属材料自身的最大扭矩。
具体地，所述静态暴露试验包括：将金属材料于所述扭转疲劳试验同等环境下静置，此过程不对金属材料施加除大气压强外的任何外界载荷，静置时间：每天除进行扭转疲劳试验外的其余时间。
具体地，设定周期为10、20、30、45天，以设定周期当日进行交替循环试验后进行抗扭强度性能检测。
本发明的有益效果：
1.保证了金属材料始终暴露于海洋大气户外环境中，真实反映了金属材料服役过程遭受的海洋大气温度、湿度、盐雾等多种环境因素的综合腐蚀影响与扭转疲劳的耦合作用，试验结果更加接近金属材料实际服役情况，更具工程应用价值；
2.主要考核金属材料海洋大气户外环境下扭转疲劳性能，而不仅仅局限于实验室模拟环境试验；克服了传统实验室加速试验难以真实反映海洋大气温度、湿度、盐雾等多种环境因素腐蚀的综合影响，而自然环境静态暴露试验不能反映扭转疲劳影响的不足；
3.与传统自然环境静态暴露试验相比，实现了金属材料环境适应性考核与评估由静态试验向动态试验的转变；
4.与传统实验室模拟加速试验相比，本试验真实再现了大气环境腐蚀与扭转疲劳耦合作用下的装备实际遭遇的工况情景。
附图说明
图1是本发明扭转试验装置；
图2是金属材料的尺寸与规格图；
图3为30CrMnSiNi2A钢试验件的抗扭强度试验曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
本实施例中，采用30CrMnSiNi2A钢为试验金属材料，所选材料为裸材，加工成图2中试验件结构，并采用图1扭转试验装置进行扭转试验。
具体试验地点选取具有典型海洋大气环境的海南试验站近海岸试验场。
海洋大气户外环境下的扭转疲劳试验具体条件如下：
载荷类型：扭转疲劳；
应力水平：0.45Tm，其中，Tm为材料自身的最大扭矩；
加载频率：2Hz；
扭转角度：-45°～45°；
加载波形：正弦波；
性能检测周期：10、20、30、45天；
拉压疲劳载荷循环加载频次：每天加载2次，上午1次，下午1次；
每次拉压疲劳载荷加载时间：7分钟。
海洋大气户外环境下的静态暴露试验：海洋大气户外环境下的扭转疲劳试验后，试验件在海洋大气户外环境下进行静态暴露试验。
具体由海洋大气户外环境下的扭转疲劳试验和海洋大气户外环境下的静态暴露试验组成，所述海洋大气户外环境下的扭转疲劳试验和海洋大气户外环境下的静态暴露试验依次交替循环，详细循环如下：
海洋大气户外环境下的扭转疲劳试验7分钟(上午)+海洋大气户外环境下的静态暴露试验+海洋大气户外环境下的扭转疲劳试验7分钟(下午)+海洋大气户外环境下的静态暴露试验+……。
依据上述设计的试验条件，以30CrMnSiNi2A钢为试验材料，采用海洋气候环境-扭转工况载荷耦合试验装置开展海洋大气户外环境下的扭转疲劳试验、海洋大气户外环境下进行静态暴露试验，试验检测周期分别为10、20、30、45天，每个试验结束后检测试验件的抗扭强度。
试验结束后根据所监测试验件的抗扭强度绘制试验曲线如图3所示，该曲线图是30CrMnSiNi2A钢海洋大气户外环境下扭转疲劳试验的抗扭强度曲线。由图得知，试验45天，金属材料抗扭强度下降约为22％。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法，其特征在于：包括步骤有：将呈轴状结构的金属材料置于海洋户外环境下进行包含扭转疲劳试验、静态暴露试验的交替循环试验，以天作为试验基本单位，以设定周期进行抗扭强度性能检测，并绘制试验曲线，作为金属材料的海洋户外环境适应性评价指标。
2.根据权利要求1所述的一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法，其特征在于：所述扭转疲劳试验包括：以0.45Tm应力水平、-45°～45°扭转角度、正弦波加载波形、2Hz加载频率对金属材料进行扭转加载，加载时间：每天上午连续7分钟，下午连续7分钟，其中,Tm为金属材料自身的最大扭矩。
3.根据权利要求2所述的一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法，其特征在于：所述静态暴露试验包括：将金属材料于所述扭转疲劳试验同等环境下静置，此过程不对金属材料施加除大气压强外的任何外界载荷，静置时间：每天除进行扭转疲劳试验外的其余时间。
4.根据权利要求1所述的一种金属材料海洋大气环境-扭转疲劳耦合试验方法，其特征在于：设定周期为10、20、30、45天，以设定周期当日进行交替循环试验后进行抗扭强度性能检测。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106596262A (zh) * 2016-11-26 2017-04-26 中国兵器工业第五九研究所 一种获取标准件环境适应性标杆数据的自然环境试验方法
CN208621311U (zh) * 2018-08-31 2019-03-19 中国兵器工业第五九研究所 一种海洋气候环境-扭转载荷耦合试验装置
CN111504816A (zh) * 2020-04-02 2020-08-07 中国兵器工业第五九研究所 一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验及评价方法

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