测试金属：这是蠕变失效还是疲劳失效？

蠕变失效（creep failure）和疲劳（fatigue）在金属材料中都是与时间相关的问题，都会对金属部件产生严重影响——但它们并不是同一种现象。

了解这两种常见金属变形失效的区别，有助于掌握它们可能对金属零件及组件完整性的影响。

什么是金属蠕变失效？

蠕变失效是指材料在恒定载荷和温度下发生的永久性变形。

蠕变通常在持续受力的情况下出现，并且在极端温度下尤为常见，尽管它也可能在常温环境中发生。

蠕变失效发生在稳定的载荷条件下，且与时间相关。事实上，载荷状态就是蠕变与疲劳之间最显著的差异之一。

像铅、锌和锡这样的软金属在室温下就会发生蠕变，而对于铁、铜等重金属，随着温度升高，发生蠕变失效的倾向也会增加。

什么是金属蠕变变形？

蠕变变形通常表现为裂纹在一段时间内的延伸，也常见于材料在受应力及极端温度条件下的情况。

表面光洁度和热处理方式也会显著影响疲劳寿命。

蠕变失效与疲劳虽然都源于外加载荷或压力，并最终导致材料失效，但不仅仅金属，许多其他材料也会发生蠕变。

钢和铝在蠕变与疲劳中的差异

钢和铝在承受蠕变变形与疲劳应力时表现不同，主要体现在以下方面：

• 疲劳容限：钢的疲劳容限高于铝。钢有明确的疲劳极限（fatigue limit），低于该极限时其疲劳寿命几乎是无限的。而铝的疲劳强度会随着应力水平增加而持续下降，没有固定的疲劳极限。

• 蠕变规律：在高温下，铝表现出两种蠕变规律：在低应力下，蠕变速率与应力呈线性关系；在中等应力下，蠕变速率随应力增加而呈幂次关系增长。

• 疲劳破裂特征：

  • 铝的疲劳往往在应力反复循环、低于其极限抗拉强度的情况下发生。

  • 铝合金的疲劳强度与比重量的比值高于钢。

  • 钢的疲劳裂纹主要表现为裂纹的萌生与扩展，通常源于循环载荷。

  • 在低温下，铝合金的冲击强度通常高于同类钢材料。

蠕变失效 vs 疲劳：如何快速区分？

从材料的失效模式就能看出究竟是哪种问题：

• 蠕变最终表现为变形。

• 疲劳则以裂纹扩展为特征。

两者都会削弱材料的结构完整性，最终导致断裂或破裂。

如何测试金属的蠕变或疲劳？

蠕变失效的最早阶段发生在分子层面，肉眼无法直接观察。

进行蠕变失效测试是确保含金属部件产品能够长期承压的唯一手段。

在进行蠕变测试时，通常会对材料施加压力以及温度等其他应力。针对金属的蠕变检测方法有多种，包括挠曲蠕变和压缩蠕变测试。其中标准方法之一是拉伸蠕变试验，通过施加重量进行。

蠕变与疲劳测试的设备

针对金属变形的测试有多种设备可供选择。工业物理提供的解决方案符合多项测试标准，包括：

• ASTM E466：金属材料恒幅轴向疲劳试验（力控制）

• ASTM E139：金属材料的蠕变、蠕变断裂及应力断裂试验

以下是部分热门设备示例，如需定制化金属变形测试方案，欢迎联系我们：

• ✅ United Testing DFM 系列落地式万能材料试验机（100-600 kN）

  适用于从基本拉伸、压缩到复杂材料测试，几乎可覆盖所有行业。

• ✅ United Testing UTM – DSTM 5-25 kN 台式万能试验机

  适合5kN到25kN之间的各种材料样本测试。

• ✅ United Testing LCH Speedy Tester

  高性能压缩测试机，适应严格测试需求。

• ✅ Ray-Ran X250 单柱万能拉力测试机（最大3kN）

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• ✅ Ray-Ran X100 型 1kN 单柱拉力测试机

  适合基础拉伸、压缩及更高级的材料测试。

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