GB/T 3075—2022《金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法》技术详解
标准状态：现行有效（替代 GB/T 3075—2008）
发布日期：2022年12月30日
实施日期：2023年7月1日
等同采用：ISO 1099:2017《Metallic materials — Fatigue testing — Axial force-controlled method》
一、标准适用范围
本标准规定了室温下金属材料在轴向力控制条件下进行疲劳试验的方法，适用于：
光滑或缺口试样；
恒幅加载（应力比 恒定）；
频率通常 ≤ 200 Hz；
用于测定 S-N 曲线（应力-寿命曲线）、疲劳极限 或 指定寿命下的疲劳强度。
❌ 不适用：
高温/低温环境疲劳；
应变控制疲劳（应执行 GB/T 15248）；
复合载荷（如扭转+拉压）；
腐蚀疲劳、接触疲劳等特殊工况。
二、核心术语定义
| 术语 | 定义 |
|---|---|
| 轴向力控制 | 试验过程中通过闭环控制系统保持施加的轴向力按预设波形变化 |
| 应力比 | （常用值：-1, 0.1, 0.5） |
| 循环频率 | 单位时间内完成的应力循环次数（Hz） |
| 失效判据 | 试样完全断裂，或刚度显著下降（如载荷骤降 ≥ 5%） |
三、试样要求
3.1 形状与尺寸
推荐采用 圆柱形光滑试样（符合 GB/T 6397）；
标距段直径通常为 6–10 mm；
过渡圆角半径 ≥ 15 mm（减少应力集中）；
表面粗糙度 （磨削或抛光）。
3.2 缺口试样（如需要）
可加工 U 型或 V 型缺口；
需明确标注缺口几何参数（深度、根部半径等）。
四、试验设备与校准
| 要求 | 说明 |
|---|---|
| 疲劳试验机 | 电液伺服或电磁谐振式，具备力闭环控制能力 |
| 力值精度 | 误差 ≤ ±1%（按 GB/T 16825.1 校准） |
| 同轴度 | 试样夹持后，轴向偏心 ≤ 0.05 mm（避免弯曲附加应力） |
| 数据采集 | 实时记录载荷、位移、循环次数、失效时间 |
✅ 关键提示：试验前必须进行系统刚度补偿和对中检查，否则结果无效。
五、试验程序
5.1 试验参数设定
| 参数 | 典型值/要求 |
|---|---|
| 应力比 | -1（对称循环）、0.1（脉动循环）等 |
| 波形 | 正弦波（优先）、三角波或方波（需注明） |
| 频率 | 保证试样温升 ≤ 5°C（通常 10–100 Hz） |
| 目标寿命 | 一般测试至 循环 |
5.2 试验步骤
试样安装：确保无初始弯曲，夹紧力适中；
预加载：施加 10% 最大试验力，检查系统稳定性；
正式加载：按设定 和频率开始循环；
过程监控：观察载荷-位移曲线是否异常；
终止条件：
试样断裂；
达到预设循环次数（如 次未断，视为“运行至通过”）；
载荷突降 ≥ 5%（隐性裂纹扩展导致刚度下降）。
六、结果处理与报告
6.1 必须记录的数据
材料牌号、热处理状态；
试样尺寸与表面状态；
试验温度、湿度；
值、频率、波形；
最大/最小载荷（）；
失效循环次数 ；
断口照片（可选但推荐）。
6.2 S-N 曲线绘制
横坐标：循环次数 （对数坐标）；
纵坐标：应力幅 或最大应力 ；
至少 5–7 个应力水平，每个水平测试 3–5 个试样（统计分散性）。
6.3 疲劳极限确定（如适用）
对于钢铁等有“平台”的材料，取 次未断的最大应力为疲劳极限；
需用 升降法（Staircase Method） 提高精度（参考 GB/T 24176）。
七、注意事项与常见误区
| 问题 | 正确做法 |
|---|---|
| 忽略同轴度 | 使用球铰夹具或激光对中仪，确保纯轴向加载 |
| 频率过高导致温升 | 控制频率使试样温升 < 5°C（可用红外测温监控） |
| 仅用1个试样定寿命 | 必须多试样统计，疲劳寿命具有显著离散性 |
| 未注明 值 | 值极大影响结果（如 寿命远低于 ） |
| 混淆力控与应变控 | 高周疲劳（）用力控；低周疲劳用应变控（GB/T 15248） |
八、与其他标准的关系
| 标准 | 关系 |
|---|---|
| GB/T 15248 | 金属材料轴向应变控制疲劳试验（低周疲劳） |
| GB/T 2107 | 金属高温旋转弯曲疲劳试验 |
| GB/T 3075 | 本标准：室温轴向力控疲劳（高周为主） |
| ISO 1099 | 国际等效标准，技术内容一致 |
九、典型应用场景
航空发动机叶片、起落架材料筛选；
汽车悬架弹簧、连杆疲劳寿命评估；
桥梁缆索、建筑钢结构耐久性验证；
新材料（如钛合金、高强钢）疲劳性能数据库建立。
结语
GB/T 3075—2022 是金属材料高周疲劳性能评价的基础性标准，其规范性直接决定 S-N 数据的可靠性。在工程设计中，错误的疲劳数据可能导致灾难性失效。因此，务必严格遵循标准要求，控制试验细节，确保数据真实、可比、可溯源。