金屬材料疲勞試驗是通過模擬結構或部件的實際工作狀況，在試驗室內測定材料的疲勞曲線，為設計、選材及選擇工藝提供依據(jù)的方法，用以估計結構或部件的疲勞特性和設法提高疲勞抗力，延遲或避免疲勞破壞。疲勞試驗可以預測材料或構件在交變載荷作用下的疲勞強度，一般該類試驗周期較長，所需設備比較復雜，但是由于一般的力學試驗如靜力拉伸、硬度和沖擊試驗，都不能夠提供材料在反復交變載荷作用下的性能，因此對于重要的零構件進行疲勞試驗是必須的。金屬材料疲勞試驗的一些常用試驗方法通常包括單點疲勞試驗法、升降法、高頻振動試驗法、超聲疲勞試驗法、紅外熱像技術疲勞試驗方法等。其中單點疲勞試驗法操作簡單方便、所用時間較短，但測得的結果不是很精準；升降法在常規(guī)疲勞試驗中是比較精準而又常用的一種方法；高頻振動疲勞試驗彌補了常規(guī)疲勞試驗缺少高頻率的不足，滿足一些在高頻率環(huán)境下服役材料的疲勞性能研究；超聲疲勞試驗提供了高效率的加速疲勞試驗方案，容易得到高周疲勞試驗數(shù)據(jù)；紅外熱像疲勞試驗是一種能量方法的疲勞研究，試驗所用試樣少、快速而又精準。

1.1單點疲勞試驗法

      單點疲勞試驗適用于金屬材料構件在室溫、高溫或腐蝕空氣中旋轉彎曲載荷條件下服役的情況。該種方法在試樣數(shù)量受限制的情況下，可近似測定疲勞曲線并粗略估計疲勞極限。試驗所需的疲勞試驗機一般為彎曲疲勞試驗機和拉壓試驗機，試驗機應滿足彎曲載荷誤差不大于±1％，為避免試樣振動，試驗選擇的頻率應適用于材料、試樣和試驗機的組合。

      單點疲勞試驗一般按如下步驟進行：

      ①測量試樣最小直徑d_ｍｉｎ和計算或查出加載系數(shù)k；

      ②首先確定抗拉強度為σ_b的第1根試樣的最大應力約為σ₁＝（0.6～0.7）σ_b，并由式①計算應施加的載荷P；

      ③安裝試樣；

      ④施加載荷犘；

      ⑤試樣斷裂后記下壽命N₁，取下試樣描繪疲勞破壞斷口的特征；

      ⑥取另一試樣使其最大應力σ₂＝（0.40～0.45）σ_b，重復步驟③～⑤測得疲勞壽命N₂，若N_２＜107次，則應降低應力再重復步驟③～⑤，直至在σ₂作用下，N₂＞107次；⑦在σ₁與σ₁之間插入4～5個等差應力水平，它們分別為σ₃，σ₄，σ₅，σ₅，逐級遞減進行以上試驗，相應的壽命分別為N₃，N₄，N₅，N₆。

1.2升降法疲勞試驗

      升降法疲勞試驗是獲得金屬材料或結構疲勞極限的一種比較常用而又精確的方法，在常規(guī)疲勞試驗方法測定疲勞強度的基礎上或在指定壽命的材料或結構的疲勞強度無法通過試驗直接測定的情況下，一般采用升降法疲勞試驗間接測定疲勞強度。升降法疲勞試驗主要用于測定中、長壽命區(qū)材料或結構疲勞強度的隨機特性。所需試驗機一般為拉壓疲勞試驗機，需滿足靜載荷顯示值誤差不大于±1％，顯示值變動度不大于±1％，平均載荷顯示值波動度不大于使用載荷滿量程的±1％，振幅顯示值波動度不大于使用載荷滿量程的±2％。

      升降法疲勞試驗一般按如下步驟進行：

      ①安裝試樣，安裝試樣時需仔細操作，使試樣與疲勞試驗機上、下夾具保持同軸，盡量減少試樣承受規(guī)定軸向應力以外的其他應力；

      ②參數(shù)設置，在電腦界面上設置試驗參數(shù)，如動載荷、頻率、循環(huán)次數(shù)、試樣工作部分的直徑和橫截面積等；

      ③施加載荷，所施加的動載荷一般為對稱循環(huán)應力，波形為正弦波；

      ④終止試驗，試樣在規(guī)定循環(huán)應力下，通常一直連續(xù)試驗至試樣失效或規(guī)定循環(huán)次數(shù)。

1.3高頻振動疲勞試驗法

      常規(guī)疲勞試驗中交變載荷的頻率一般低于200Hz，無法精確測得一些零件在高頻環(huán)境狀態(tài)下的疲勞損傷。高頻振動試驗利用試驗器材產生含有循環(huán)載荷頻率為1000Hz左右特性的交變慣性力作用于疲勞試樣上，可以滿足在高頻、低幅、高循環(huán)環(huán)境條件下服役金屬材料的疲勞性能研究。高頻振動試驗主要用于軍民機械工程的需要。試驗裝置通常包括：控制儀、電荷適配器、功率放大器、加速度計、振動臺等

      高頻振動疲勞試驗一般按如下步驟進行：

      ①按要求安裝試樣；

      ②安裝控制與測量的加速度傳感器，并進行500-2000Hz的正弦掃頻試驗，根據(jù)掃頻結果選取試驗頻率；

      ③以選取的試驗頻率、控制加速度進行正弦高頻振動環(huán)境疲勞試驗，調整試驗應力水平為σ＝ma/s，（m為配重質量，a為配重的加速度，s為試樣橫截面積）；

      ④應用振動臺的高頻振動特性和集中質量所形成的交變載荷，通過計算機獲得穩(wěn)定的試驗數(shù)據(jù)。

1.4超聲法疲勞試驗

      超聲法疲勞試驗是一種加速共振式的疲勞試驗方法，其測試頻率（20KHz）遠遠超過常規(guī)疲勞測試頻率（小于200Hz）。超聲疲勞試驗可以在不同載荷特征、不同環(huán)境和溫度等條件下進行，為疲勞研究提供了一個很好的手段。超聲疲勞試驗一般用于超高周疲勞試驗，主要針對109以上周次疲勞試驗。高周疲勞時，材料宏觀上主要表現(xiàn)為彈性的，所以在損傷本構關系中采用應力、應變等參量的彈性關系處理，而不涉及微塑性。所需儀器主要包括以下3部分：

      ①超聲頻率發(fā)生器，將超聲正弦波電信號由50Hz轉變?yōu)?0KHz；

      ②壓力陶瓷換能器，將電源提供的電信號轉化成機械振動信號；

      ③位移放大器，放大位移振幅使試樣獲得所需的應變振幅。

      超聲法疲勞試驗一般按如下步驟進行：

      ①對所測試樣進行測量校準；

      ②安裝試樣，對稱拉壓試驗中，試樣的一端固定放大器末端，另一端自由，非對稱拉壓試驗中，需兩個放大器，試樣兩端分別加在兩個放大器上；

      ③對所加載荷和試驗頻率進行參數(shù)設置；

      ④開始試驗，啟動開關將試驗頻率加速至超聲頻率后記錄下試驗數(shù)據(jù)。

1.5紅外熱像技術疲勞試驗方法

      為縮短試驗時間、減少試驗成本，能量方法成為疲勞試驗研究的重要方法之一。金屬材料的疲勞是一個耗散能量的過程，而溫度變化則是研究疲勞過程能量耗散極為重要的參量。紅外熱像技術是一種波長轉換技術，即將目標的熱輻射轉換為可見光的技術，利用目標自身各部分熱輻射的差異獲取二維可視圖像，用計算機圖像處理技術和紅外測溫標定技術，實現(xiàn)對物體表面溫度場分布的顯示、分析和精確測量。試驗一般在高頻疲勞試驗機上進行，紅外熱像儀的精度滿足100℃時誤差不大于±0.1℃。試驗所用材料通常為表面鍍鋅、經過正火處理的金屬材料。

      紅外熱像技術疲勞試驗一般按如下步驟進行：

      ①按要求安裝試樣；

      ②參數(shù)設置；

      ③施加略低于材料疲勞極限的載荷，通過紅外熱像儀實時觀察試樣表面溫度變化，記錄穩(wěn)定的溫升值；

      ④逐漸增大工作載荷，記錄不同載荷水平、不同時刻的熱圖像和穩(wěn)定的溫升值；

      ⑤直到試樣斷裂停止試驗。