隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，許多金屬零件的設(shè)計(jì)疲勞壽命逐漸增加。金屬材料的高周疲勞行為已成為一項(xiàng)研究重點(diǎn)。金屬疲勞，是機(jī)器、車輛或結(jié)構(gòu)的金屬零件因反復(fù)施加應(yīng)力或載荷而引起的弱化狀態(tài)，最終導(dǎo)致斷裂。因此，為了確保機(jī)器、車輛等的質(zhì)量，需要對其零件進(jìn)行疲勞檢測。
超聲波疲勞測試是機(jī)械測試的一種特殊形式，通過對金屬試樣或結(jié)構(gòu)施加周期性載荷來執(zhí)行。這些測試可用于生成疲勞壽命和裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)，確定關(guān)鍵位置或證明可能易疲勞的結(jié)構(gòu)的安全性。從試樣到大型測試物品（如汽車和飛機(jī)）的各種金屬組件都進(jìn)行疲勞測試。通過超聲波疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行金屬的疲勞試驗(yàn)，不僅能比傳統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)節(jié)省更多的時(shí)間，提高效率，而且能夠準(zhǔn)控制試驗(yàn)的精度，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)性。
一、疲勞測試的類型
疲勞測試包括以下類型，這些類型根據(jù)所施加載荷的形式，環(huán)境因素等進(jìn)行分類。
1.拉伸壓縮疲勞試驗(yàn)：
通過結(jié)合使用拉力，卸載和壓縮來評估抵抗循環(huán)應(yīng)力的耐力（疲勞強(qiáng)度）。
2.高周疲勞測試：
在大約1-5000 Hz的頻率下進(jìn)行正常疲勞測試。高周疲勞測試通過測量材料對施加相對大量的恒定振幅直接應(yīng)力循環(huán)的抵抗力來確定材料的疲勞強(qiáng)度。這種疲勞試驗(yàn)往往與彈性狀態(tài)下的載荷有關(guān)，并持續(xù)進(jìn)行到試樣*分離或達(dá)到預(yù)定數(shù)量的載荷循環(huán)而沒有試樣失效為止。
通過超聲波疲勞試驗(yàn)機(jī)，可以對金屬零件進(jìn)行高效的高周疲勞試驗(yàn)。與傳統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)機(jī)相比，能夠提高幾十倍的測試效率。
3.低周疲勞測試：
疲勞測試，使用慢應(yīng)變率，頻率小于10 Hz。低周疲勞測試通常運(yùn)行緩慢，只有相對較短的失效周期。該測試的特點(diǎn)是高振幅，低頻塑性應(yīng)變，通常在高溫下進(jìn)行。
4.Gigacycle疲勞測試：
疲勞測試，在短時(shí)間內(nèi)通過超聲波振動等施加大約10的九次方個循環(huán)甚至更多。
二、疲勞測試過程
低循環(huán)疲勞和高循環(huán)疲勞測試過程可測量材料承受反復(fù)載荷循環(huán)的能力?？梢栽谧兓呢?fù)載，速度和溫度下執(zhí)行測試。測試結(jié)果有助于預(yù)測可能在這些類型的苛刻條件下暴露的材料和零件的壽命。在選擇或驗(yàn)證材料時(shí)，通常會執(zhí)行疲勞測試來表征材料特性。
高循環(huán)疲勞測試和低循環(huán)疲勞測試都使用循環(huán)載荷來評估材料的使用壽命，這些材料會承受應(yīng)變和應(yīng)力波動的情況，這可能會導(dǎo)致破裂或斷裂。這些測試對于確保產(chǎn)品安全非常有價(jià)值，尤其是在故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重傷害或重大損壞的行業(yè)中。
三、常見金屬疲勞試驗(yàn)
在工業(yè)應(yīng)用中使用廣泛的金屬之一是鋁及其合金。它是僅次于鋼鐵的第二種廣泛生產(chǎn)的金屬。鋁合金經(jīng)常被用于現(xiàn)代工業(yè)，如今，超過40％的航空航天零件是由這些合金制成的。因此，對鋁及鋁合金進(jìn)行疲勞試驗(yàn)特別重要。將鋁材料進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用意味著機(jī)械負(fù)載和腐蝕的結(jié)合，從而導(dǎo)致應(yīng)力集中和材料破壞。開展鋁及鋁合金的疲勞試驗(yàn)的主要目的是，尚未開展有關(guān)在常規(guī)和超聲測試下，預(yù)腐蝕對疲勞強(qiáng)度的影響航空鋁合金。
鎂合金是具有高比重的材料強(qiáng)度和阻尼能力。它們還具有良好的鑄造性，易于回收。它們的延展性有限，易氧化且相對極限強(qiáng)度低，目前受到限制，其廣泛的應(yīng)用。鎂合金的研究主要集中在耐腐蝕性、爬行電阻和疲勞壽命耐久性。
對于輕金屬，已知沒有真正的疲勞限制。然而，當(dāng)前汽車發(fā)動機(jī)的疲勞壽命大約10的八次方個周期，渦輪發(fā)動機(jī)部件疲勞壽命大約在10的九次方甚至10的十次方個周期。傳統(tǒng)疲勞機(jī)來進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn)會非常耗時(shí)，但是如果使用頻率為20kHz的超聲疲勞測試，進(jìn)行10的八次方個循環(huán)大約兩個小時(shí)即可到達(dá)。
