GB/T 15248规范金属材料疲劳检测的要求

GB/T 15248《金属材料 轴向应力控制疲劳试验方法》是我国金属材料疲劳性能检测的核心国家标准，明确了轴向力控制模式下疲劳试验的操作规范与技术要求，为评估钢材、铝合金、钛合金等金属材料抵抗循环载荷的能力提供统一依据，是机械、航空、汽车等领域产品设计与可靠性分析的关键技术支撑。

GB/T 15248的适用范围与试验类型

GB/T 15248适用于金属材料的轴向力控制疲劳试验，涵盖拉-拉（应力比R≥0）、拉-压（R<0）及压-压（R>1）等加载模式，主要用于测定材料的应力-寿命（S-N）曲线、疲劳极限及疲劳寿命分散性。标准明确其适用对象为均质金属材料，包括经热处理、焊接等工艺后的成品或半成品，但不适用于非轴向加载（如弯曲、扭转）或局部应力集中显著的复杂构件疲劳试验。

对于高周疲劳（循环次数N≥10⁵）与低周疲劳（N<10⁵），GB/T 15248均提供指导，但需调整加载参数：高周疲劳常用10~50Hz频率以缩短周期，低周疲劳用0.1~1Hz频率避免试样发热，确保试验结果准确反映材料固有性能。

试样的制备与技术要求

GB/T 15248对试样形状、尺寸及加工精度有严格规定。常用试样包括光滑圆柱试样（测固有疲劳性能）与缺口试样（测应力集中影响）：光滑试样标准尺寸为标距段直径d=10mm、标距长度L₀=50mm（L₀=5d）；缺口试样需明确缺口形状（V型/U型）及尖端半径（如ρ=0.1mm），并标注应力集中系数Kt。

试样加工需满足表面粗糙度要求：光滑试样标距段Ra≤0.4μm，缺口尖端Ra≤0.2μm，避免加工划痕、刀痕等缺陷干扰疲劳寿命。加工后需外观检查，不得有裂纹、夹杂等宏观缺陷，确保试样均质。

试样数量需满足统计要求——每个应力水平至少3个试样，绘制S-N曲线需覆盖5~7个应力水平。试样需标注唯一编号、材料牌号、热处理状态及加工日期，保证可追溯性。

试验设备的选型与校准

GB/T 15248要求试验设备具备稳定轴向力加载能力，常用电液伺服试验机（适用于低周/高周）与电磁谐振试验机（适用于高周，效率更高）。力测量需配精度≥1级的力传感器，位移测量用标距适配引伸计（如50mm标距），位移精度≥±0.5%。

设备需定期校准：试验机、传感器及引伸计每年至少校准1次，校准机构需具CNAS等计量资质，校准报告需记录日期、结果及有效期。试验前需确认设备在有效期内，避免数据偏差。

试验过程中，设备需保持稳定：正弦波失真度≤5%，力值波动≤±1%，避免因设备不稳定导致试验数据失效。

加载条件的设定规范

加载波形优先用正弦波（标准波形），若用方波、三角波需在报告中说明。加载频率需依材料调整：导热差的钛合金高周试验频率≤30Hz，避免试样升温（温度波动≤±2℃）；低周试验频率≤1Hz，确保充分变形。

应力比R需按试验目的设定：抗拉疲劳用R=0.1，对称循环用R=-1，压-压疲劳用R=10。最大应力σmax依抗拉强度σb确定：高周取0.5~0.7σb，低周取0.8~1.0σb，确保试验在材料合理应力范围内进行。

预加载是必要步骤：用0.1σmax预加载2~3次，消除安装间隙与初始应力，加载速率≤10MPa/s，避免试样受冲击。

试验过程的控制要点

试验前需检查试样安装同轴度（偏差≤0.5mm），避免偏心加载导致过早断裂。试验中实时监测试样状态：用应变片/引伸计测标距应变，用红外热像仪测温度（升温超过5℃需停机），确保试验条件稳定。

试验停止条件：试样断裂（断裂需在标距内，否则结果无效）；达到10⁷次未断裂（记N=10⁷）；设备故障或试样出现明显裂纹（记录中断点，若裂纹扩展超标距10%则结果无效）。

过程数据需连续记录：每1000次循环记力值与位移，或用电子记录，确保数据完整可查。

数据记录与结果评定要求

试验记录需包含：试样信息（编号、材料、尺寸）、设备信息（型号、传感器编号、校准日期）、试验条件（波形、频率、R、σmax）、过程数据（循环次数、应力/力、位移/应变）、断裂信息（位置、断口形貌、Nf）。

疲劳寿命Nf为断裂时循环次数，10⁷次未断裂记N=10⁷。S-N曲线用对数坐标（lgN-lgσ），最小二乘法拟合，需覆盖≥5个应力水平。疲劳极限定义为10⁷次未断裂的最大应力，若需95%可靠度需用升降法补充试验。

结果统计需用≥3个试样数据，计算均值、标准差及变异系数（CV≤20%为合格）。若CV>30%需增加试样重测，确保结果可靠性。

试验报告的编制要求

报告需按GB/T 15248格式编制，含封面、目录、试验概述、试样/设备信息、试验条件、过程数据、结果分析、结论等章节。报告需明确是否符合标准要求，若有偏离（如非标准试样、非正弦波）需详细说明偏离内容及影响。

报告需附断口照片（宏观+微观）、S-N曲线、统计图表等支撑材料，确保结果可验证。报告需经试验、审核人员签字，盖实验室公章（第三方机构需具CMA/CNAS资质），保证报告权威性。