本文件规定了室温下金属材料超高周疲劳超声疲劳试验方法的试样、试验装置、试验步骤及试验报告。 本文件适用于试验频率在20 000 Hz±500 Hz、单端轴向受激振动、应力比-R-=-1的超高周疲劳试验。其他应力比或超声谐振频率的疲劳试验可参照本方法，相应的试样需要单独设计与验证。 本文件不包含缺口试样，但本文件中描述的疲劳试验过程可应用于缺口试样的超高周疲劳试验。

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CCS H 22
中华人民共和国国家标准
GB/T43896—2024
金属材料
超高周疲劳
超声疲劳试验方法
Metallic materialsVery high cycle fatigue-UItrasonic fatigue test method2024-04-25发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-11-01实施
规范性引用文件
术语和定义
符号和说明
试验装置
试验步骤
试验报告
附录A（资料性）
附录B（资料性）
参考文献
超声疲劳试样的设计
不同形状超声疲劳试样的应力控制方法GB/T43896—2024
GB/T43896—2024
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任，本文件由中国钢铁工业协会提出。本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。本文件起草单位：宝山钢铁股份有限公司、四川大学、冶金工业信息标准研究院、钢铁研究总院有限公司、苏州迈达检测科技有限公司、中国科学院力学研究所、华东理工大学、国家能源集团新能源技术研究院有限公司、成都美创途科技有限公司、浙大城市学院、深圳信测标准技术服务股份有限公司、浙江省特种设备科学研究院、山东骏程金属科技有限公司、中国海洋大学、浙江吉森金属科技有限公司，本文件主要起草人：彭文杰、孙成奇、王清远、吴圣川、刘冬、朱明亮、董莉、王宠、尉文超、周冶东、杜晋峰、谢卿、李荣锋、夏立、轩福贞、高怡斐、方健、侯慧宁、孙谱、崔洪芝、秦斌、杜丽影、武晓雷、温建锋、刘永杰、李文凯、乔湛、时捷、傅军平、李洪光、崔中雨。Ⅲ
GB/T43896—2024
随着工业技术的发展，一些工程中的部件，例如发动机部件、汽车承载部件、铁路轮轴和轨道、飞机、桥梁和特殊医疗设备等，承受循环载荷，实际服役寿命都超过了102周次，甚至高达10°周次。近年来，超高周次承载部件越来越多，金属材料超高周疲劳测试需求与日俱增，超声疲劳试验方法是完成超高周疲劳的有效手段之一。相比高周疲劳，超声疲劳由于试验频率大幅提高，试样尺寸设计、应力控制等都和高周疲劳不同，已不适宜采用高周疲劳试验方法，超声疲劳试验因其超高工作频率而具备以下特点：加速疲劳试验，大幅缩短疲劳试验周期；一可对零部件/结构的金属材料进行超高周次（例如108周次、10°周次甚至101°周次）疲劳试验，IV
1范围
金属材料超高周疲劳
超声疲劳试验方法
GB/T43896—2024
本文件规定了室温下金属材料超高周疲劳超声疲劳试验方法的试样、试验装置、试验步骤及试验报告。
本文件适用于试验频率在20000Hz±500）Hz、单端轴向受激振动、应力比R=-1试验。
的超高周疲劳
其他应力比或超声谐振频率的疲劳试验可参照本方法，相应的试样需要单独设计与验证。本文件不包含缺口试样，但本文件中描述的疲劳试验过程可应用于缺口试样的超高周疲劳试验。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T2614
GB/T3075
GB/T38897
JJF1305
JJG623
JJG856
3术语和定义
GB/T3075
镍铬-镍硅热电偶丝
金属材料疲劳试验轴向力控制方法无损检测弹性模量和泊松比的超声测量方法线位移传感器校准规范
电阻应变仪
工作用辐射温度计
界定的以及下列术语和定义适用于本文件。very high cycle fatigue
超高周疲劳
循环周次大于102的疲劳。
ultrasonic fatigue test
超声疲劳试验
在超声谐振频率下施加循环应力的疲劳试验。3.3
超声疲劳试样ultrasonicfatiguespecimen满足超声频率谐振要求的疲劳试样。4符号和说明
本文件使用的符号和相应的说明见表1。GB/T
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符号和说明
板状试样最小宽度(不含平行段)或平行段宽度板状试样端部的宽度
谐振波在材料中的传播速度，c=(Ea/p)）\/2圆形试样最小直径(不含平行段)或平行段直径圆形试样端部直径
动态弹性模量，测量方法参见GB/T38897谐振频率
试样的变截面段长度，试样具有不同测试直径或宽度的长度试样的端部长度
试样的平行段长度，
试样具有相同测试直径或宽度的长度试样有效长度
试样变截面段长度的一半，1o=Lb/2试样端部长度的一半，la=La/2
试样平行段长度的一半，1，=Lp/2试样有效长度的一半，1，=L，/2试样的过渡弧半径
板状试样的厚度
试样端部振动位移幅值
试样中间截面应力幅值
角频率，W=2πf
超声疲劳试验采用超声发生器产生20000Hz的电信号，压电陶瓷换能器将电信号转换成相同频率的机械振动，经位移放大器放大后传递至试样，在试样中产生谐振波，使试样获得频率约为20000Hz按正弦波变化的轴向位移和应力，见图1。2
标引序号说明：
工控机；
超声发生器；
3压电换能器：
“试样轴向应力分布。
试样轴向位移分布。
6试样
6.1试样尺寸设计
6.1.1试样尺寸的理论设计
位移放大器：
超声疲劳试样：
超声疲劳试样端部。
超声疲劳试验原理示意图
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超声疲劳试验常用的试样类型有漏斗形、等截面圆形和板状。设计超声疲劳试样尺寸时，尺寸组合应满足试验系统谐振频率为20000Hz的谐振条件，否则试样将不能起振，试验无法进行。设计试样尺寸之前应先根据GB/T38897
确定材料的动态弹性模量，再根据材料的密度和不同形状试样的几何尺寸理论公式计算满足试验谐振频率的端部长度值，见附录A。注1：为了保证设计的超声疲劳试样能正常起振，动态弹性模量测试设备的准确度需优于2级。注2：在进行高温超声疲劳试验时，设计试样尺寸用对应温度下的动态弹性模量值和密度值进行计算。6.1.2试样尺寸的有限元方法设计除了利用理论公式设计试样尺寸，还可采用有限元方法。根据试样的几何形状和尺寸建立有限元网格模型，通过调整试样尺寸进行模态计算，直至计算得到的谐振频率在1.98×101Hz～2.02×104Hz范围内，计算流程如图2所示。
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6.2试样的形状和尺寸
6.2.1试样要求
输入对料性能
参数：F、p
输入试样几付尺寸：
小本小D、D.
有限元方法
计算谐拔频率
判所烦盘
完成尺寸没计
图2基于有限元方法的超声疲劳试样设计流程试验所用同一批试样应具有相同的形状、尺寸和表面状态。试样类型包括等截面圆形试样、漏斗形试样和板状试样。
6.2.2等截面圆形试样
等截面圆形试样为中间含光滑平行段的圆形截面试样，如图3所示。等截面圆形试样有一段等截面工作段，适用于含明显缺陷（如夹杂、缩孔）的金属材料，此外，还可应用于表面处理工艺对疲劳性能的影响研究。
单位为毫米
注：垂直度要求适用于对中的夹持部分。白
图3等截面圆形试样
6.2.3漏斗形试样
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漏斗形试样如图4所示。等截面圆形试样和漏斗形试样统称圆形试样，推荐圆形试样的几何尺寸如表2所示，
注1：等截面圆形试样或等截面板状试样在等截面区域近似承受等应力，而漏斗形试样在最小横截面附近的小体积区域受力。因此，产生的疲劳结果可能不代表大块材料的响应，见参考文献[3]，特别是在超高周疲劳状态下，夹杂物控制高硬度金属的行为，裂纹萌生从试样表面转到内部或次表面，见参考文献[4]。由于漏斗形试样最大应力体积区域相对较小，其最大的微观不连续可能不在最大应力的平面截面上，得到的结果可能是非保守的，见参考文献[5]和[6]。注2：超高强钢或者其他高强度合金一般采用漏斗形试样。单位为毫米
注：垂直度要求适用于对中的夹持部分。图4
漏斗形试样
试样端部直径
试样最小直径(不含平行段)或平行段直径平行段长度
6.2.4板状试样
圆形试样的尺寸
6mm≤D,≤12mm
2mm≤D。≤5mm
Lp≥2D
板状试样如图5所示。坏料厚度为2.5mm～6mm时，可使用板状试样。
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