12.5.2  热疲劳试验方法

热疲劳试验方法可分为定性比较方法和定时测定法。定性比较方法主要用于定性比较不同材料或不同工艺条件下的热疲劳抗力，采用的试样多种多样，如圆柱体、厚壁管、楔形盘、棱形柱体及板状等。定时测定法依据试样表面出现的一定长度的裂纹的循环次数来材料的热疲劳抗力。例如，对汽轮机叶片材料做热疲劳试验时，采用循环加热（如加热15min）和冷却（如冷却5min），一直到破坏为止。

对于厚度为0.6～1.6cm板材，可取150mm×150mm的板，卷成圆筒，在焊接之后，放入火焰炉或感应电炉中加热，并保温一定的时间，随后在空气中冷却一定时间，反复进行直到试样破坏，记录下循环次数。

测定棒材的热疲劳抗力，一般将材料制成三棱柱形试样，如图12-15所示。把试样加热到高温，然后在水中冷却，反复多次之后，三棱柱的边沿会产生裂纹，测定其循环次数。由于热疲劳试样种类和形状不同，加热和冷却方式也各不相同，所以热疲劳试验设备也是各式各样的。

图12-15 三棱柱热疲劳试样

图12-16 定时测定法的试验装置

定时测定法的试验装置如12-16所示。试样为中空薄壁管状，试验时将试样固定在两个圆盘夹之间，通电流对试样进行加热，用冷却介质通过试样内孔进行冷却，使试样经受反复热循环作用。由于试样是薄壁管，因此，在试样上只产生单向应力状态。同时，由于两端固定，在热循环中试样不产生轴向位移，故试样在热循环时总变形为零。热变形仅仅是由于热膨胀引起的应变，应变值可用试样无固定端时的热循环情况下的伸长来度量。一次热循环时的塑性变形可用试验机上的测力计所测量的力、试样断面积和材料弹性模量E来计算。该方法可在试验过程中定时地测定塑性应变范围，以便研究材料在热循环中的应变范围和断裂寿命的关系。