（高清版）GBT 41477-2022 激光熔覆修复金属零部件力学性能试验方法

激光熔覆修复金属零部件力学性能试验方法2022-04-15发布2022-08-01实施国家市场监督管理总局I V 2规范性引用文件 13术语和定义 14符号 45基本要求 65.1试验过程 65.2试样基材 65.3熔覆材料 65.4工艺要求 66样坯制备 66.1样坯制备方式 66.2样坯的制作 67试验方法 77.1拉伸试验 7.2冲击试验 87.3疲劳试验 88试验报告 98.1通则 98.2拉伸试验报告 98.3冲击试验报告 98.4疲劳试验报告 9附录A(规范性)拉伸试样制备 A.1一般要求 A.2试样的取样方向 A.3矩形横截面拉伸试样 A.4圆形横截面拉伸试样 附录B(规范性)冲击试样制备 B.1一般要求 B.2试样的取样方向 B.3面修复方式的冲击试样制备 附录C(规范性)疲劳试样制备 C.1一般要求 C.2试样的取样方向 C.3矩形横截面疲劳试样 ⅡC.4圆形横截面疲劳试样 图1修复厚度占比示意图 2图2修复表面积占比示意图 2图3试样修复厚度、修复外表面半径、填充斜角和填充圆角示意图 3图4试样修复外表面边长、填充斜角和填充圆角示意图 图5坑修复示意图 6图6槽修复示意图 7图7面修复示意图 7图A.1试样取样方向示意图 图A.2矩形横截面拉伸试样 图A.3平板坑修复的拉伸试样 图A.4平板槽修复的拉伸试样 图A.5平板面修复形式1——拉伸试样 图A.6平板面修复形式2——拉伸试样 图A.7平板面修复形式3——拉伸试样 图A.8圆形横截面拉伸试样 图A.9圆棒面修复形式1——拉伸试样 图A.10圆棒面修复形式2——拉伸试样 图B.1V型标准试样 图B.2U型标准试样 图B.3冲击试样取样方向示意图 图B.4面修复形式1——冲击试样 图B.5面修复形式2——冲击试样(远离冲击缺口) 图B.6面修复形式2——冲击试样(临近冲击缺口) 图B.7面修复形式3——冲击试样 图C.1矩形横截面疲劳试样 图C.2平板坑修复疲劳试样 图C.3平板槽修复疲劳试样 图C.4平板面修复形式1——疲劳试样 图C.5平板面修复形式2——疲劳试样 图C.6平板面修复形式3——疲劳试样 图C.7圆形横截面疲劳试样 图C.8圆棒面修复形式1——疲劳试样 图C.9圆棒面修复形式2——疲劳试样 表1符号和说明 5Ⅲ表A.1矩形横截面拉伸比例试样尺寸 表A.2坑修复和槽修复拉伸试样建议修复厚度 表A.3槽修复拉伸试样建议修复外表面边长 表A.4圆形横截面拉伸比例试样尺寸 表B.1面修复形式1——冲击试样修复厚度 表B.2面修复形式2——冲击试样修复厚度 表C.1矩形横截面疲劳试样尺寸 表C.2坑修复和槽修复疲劳试样建议修复厚度 表C.3槽修复疲劳试样建议修复外表面边长 表C.4圆形横截面疲劳试样尺寸 VGB/T41477—2022本文件按照GB/T1.1—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。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国激光修复技术标准化委员会(SAC/TC482)归口。本文件起草单位：沈阳航空航天大学、沈阳大陆激光技术有限公司、沈阳铸造研究所有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、沈阳飞机工业(集团)有限公司、中国民用航空沈阳航空器适航审定中心、上海大陆激光技术有限公司、上海交通大学、上海电机学院、沈阳工业大学、中国科学院金属研究所、沈阳大学、海洋石油富岛有限公司、国家再制造机械产品质量监督检验中心(山东)、东北大学、沈阳盛远检测技术有限公司、宝山钢铁股份有限公司、国营川西机器厂、襄阳航泰动力机器厂、西安陕鼓动力股份有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、沈阳建筑大学、重庆水泵厂有限责任公司、西安热工研究院有限公司。本文件主要起草人：回丽、周松、陈江、许良、杨光、谢华生、张振先、王玉光、王维、王磊、潘新、1激光熔覆修复金属零部件力学性能试验方法1范围本文件规定了激光熔覆修复金属零部件力学性能试验的基本要求、样坯制备、试验方法、试验报告。本文件适用于激光熔覆修复(以下简称“修复”)金属零部件的力学性能(拉伸、冲击和疲劳)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/T228.1—2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T228.2金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法GB/T228.3金属材料拉伸试验第3部分：低温试验方法GB/T229—2020金属材料夏比摆锤冲击试验方法GB/T3075—2021金属材料疲劳试验轴向力控制方法GB/T29795激光修复技术术语和定义GB/T29796激光修复通用技术规范3术语和定义GB/T228.1、GB/T228.2、GB/T228.3、GB/T229、GB/T3075、GB/T29795、GB/T29796界定的以及下列术语和定义适用于本文件。修复零部件的修复截面上，修复部分的厚度占原始厚度的百分比。注1:T,=Tn/Dn×100%,见图1。2标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图1修复厚度占比示意图A修复部分的表面积占修复零部件原始表面积的百分比。注1:A,=Sa/S×100%,见图2。标引序号说明：1——修复部分表面积S;2——修复零部件原始表面积Sn。图2修复表面积占比示意图试样修复厚度thicknessofrepairedportionforsampleT、在力学性能测试试样中，修复部分的厚度。3试样修复外表面半径outersurfaceradiusofrepairedportionforsampleR、在力学性能测试试样中，修复部分外表面的半径。注1:以下简称“修复外表面半径”。注2:见图3。标引序号说明：1——修复部分；2——基材。L、在力学性能测试试样中，修复部分外表面的边长。注1:以下简称“修复外表面边长”。注2:见图4。4标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图4试样修复外表面边长、填充斜角和填充圆角示意图填充斜角bevelwithfilledθ为确保激光修复质量，在基体上加工出的坑(槽)体斜角。填充圆角roundcornerwithfilledR₈为确保激光修复质量，在基体上加工出的坑(槽)底圆角。注：一般R≥2mm,见图3、图4。样坯roughspecimen用于制备试样的料坯。等比率试样equalratiosample力学性能测试试样中修复厚度占试样总厚度的百分比与实际修复零部件厚度占比相同，修复面积占试样修复面的面积百分比与实际修复零部件面积占比相同的试样。4符号表1中列出的符号适用于本文件。5符号单位说明样品制备%修复表面积占比零部件修复截面的厚度试样修复外表面边长试样修复外表面半径填充圆角mm²修复部分表面积mm?修复零部件原始表面积零部件修复的厚度%修复厚度占比试样修复厚度θ填充斜角拉伸和疲劳试样a矩形横截面疲劳试样的厚度矩形横截面拉伸试样原始厚度B矩形横截面拉伸试样夹持端宽度b矩形横截面疲劳试样的宽度b₀矩形横截面拉伸试样平行长度的原始宽度D圆形横截面试样夹持端的直径d圆形疲劳试样最大应力处直径圆形横截面拉伸试样平行长度的原始直径H试样夹持端长度平行长度试样总长度原始标距R试样平行段与夹持端之间的过渡弧半径r拉伸试样头部与平行长度之间的过渡半径mm²原始横截面积W矩形横截面疲劳试样夹持部分的宽度 熔覆面Z 熔覆增长方向65基本要求5.1试验过程激光熔覆修复金属零部件力学性能试验过程通常包括四部分：试样基材与修复材料选择—样坯制备—试样加工—力学性能试验。5.2试样基材试样基材材料应与修复零部件材料的化学成分和热处理状态相同或相近。5.3熔覆材料试样熔覆材料与零部件的修复材料相同。试样修复的工艺方法应与零部件修复的工艺参数相同，试样的修复环境条件与零部件修复的环境条件相似，试样的热处理工艺应与零部件修复热处理工艺一致。6样坯制备6.1样坯制备方式6.1.1零部件修复表面积占比A,≤1%时，样坯宜采用坑修复方式制备，见图5。6.1.2零部件修复表面积占比1%<A,≤10%,样坯宜采用槽修复方式制备，见图6。6.1.3零部件修复表面积占比A,>10%,样坯宜采用面修复方式制备，见图7。6.2样坯的制作根据6.1确定的样坯修复方式，制成相应的样坯，见图5～图7。对于各向异性材料，应注意方向选取。标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图5坑修复示意图7标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图6槽修复示意图标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图7面修复示意图7试验方法7.1拉伸试验除非另有规定，试验一般在室温10℃~35℃范围内进行，对温度要求严格的试验，试验温度为23℃±5℃。高温拉伸试验可参照GB/T228.2—2015,低温拉伸试验可参照GB/T228.3—2019。试样制备按照附录A的规定。7.1.3试验设备和试验程序按照GB/T228.1—2010中第7章、第8章、第9章、第10章、第11章、第12章、第13章、第14章、第15章、第16章、第17章、第18章、第19章、第20章和第21章执行。87.1.4试验结果数值的修约试验测定的性能结果数值应按照相关产品标准的要求进行修约。如未规定具体要求，应按照如下要求进行修约：——强度性能值修约至1MPa;——延伸率、断后伸长率和断面收缩率修约至0.1%。7.1.5测量不确定度按照GB/T228.1—2010中第24章执行。7.2冲击试验将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间，缺口背向打击面放置，用摆锤一次打击试样，测定试样的吸收能量。除非另有规定，冲击试验一般在室温23℃±5℃进行。对于试验温度有规定的冲击试验，试样温度应在规定温度±2℃范围内进行。试样制备按照附录B的规定。7.2.3试验设备和试验程序按照GB/T229—2020中第7章、第8章执行。按照GB/T229—2020中附录E执行。7.3疲劳试验将公称尺寸上相同的试样装夹在轴向力疲劳试验机上，并对试样施加循环应力。施加的力应沿着试样的纵轴方向，并通过每一试样横截面的轴心。试验一直持续到试样失效或者直到超过一个预先设定的应力循环周次。除非另有规定，疲劳试验一般在室温10℃~35℃范围内进行。对于试验温度有规定的疲劳试验，试样温度应在规定温度±5℃范围内进行。试样制备按照附录C的规定。按照GB/T3075—2021中第6章、第7章、第8章、第9章、第10章、第11章、第12章和第13章执行。98试验报告8.1通则试验报告应包括以下信息，除非双方另有约定：——本文件编号；——注明试验条件及试验设备信息；——零部件的修复形式及厚度占比和面积占比(如已知);——试样标识、类型和尺寸；——试样的修复形式、修复材料和基体材料的名称、牌号(如已知);——试样修复厚度、试样修复外表面半径、试样修复外表面边长(如已知);——试样的取样方向和位置(如已知);——可能影响试验的异常情况；——其他相关信息。8.2拉伸试验报告试验报告应至少包括以下信息，除非双方另有约定：——试验控制模式和试验速率；——试验结果。8.3冲击试验报告试验报告应至少包括以下信息，除非双方另有约定：——缺口类型(缺口深度);——与标准尺寸不同的试样尺寸；——试验结果。8.4疲劳试验报告试验报告应至少包括以下信息，除非双方另有约定：——施加的波形和频率；——施加的最大和最小应力；——试验结束的判据，规定寿命(例如107次),或试样失效，或其他判据；——试验结果。(规范性)拉伸试样制备A.1一般要求试样的形状与尺寸取决于修复零部件的形状与尺寸。试样采用横截面为矩形或圆形的比例试样。原始标距与横截面积有L。=k√S₀关系的试样称为比例试样。比例系数k的值为5.65,原始标距应不小于15mm。当试样横截面积太小，以致采用比例系数k为5.65的值不能符合这一最小标距要求时，可以采用较高的值(优先采用11.3的值)或采用非比例试样。非比例试样其原始标距L。与原始横截面积S。无关。试样应经过机械加工制得，不得有任何表面缺陷，所采用的机械加工方法不得对试样性能产生影响。试样取样时应充分考虑热影响区对性能的影响。试样夹持端的形状应适合试验机的夹头。试样轴线应与力的作用线重合。试样数量应不少于3个。试样制备应符合本附录规定；如有特殊要求，则由双方协定。A.2试样的取样方向试样切取应符合相关标准规定或根据试验目的进行切取。取样时应详细记录取样位置、取样方向、编号等，并在性能测试试样上对修复部分和基材进行标记。试样的取样方向标记方法见图A.1。具体取样方向可由双方协定。切取试样时宜距离边缘最小1mm。图A.1试样取样方向示意图A.3矩形横截面拉伸试样A.3.1矩形横截面拉伸试样制备要求拉伸试验矩形横截面比例试样的尺寸见表A.1,示意图见图A.2。拉伸试验矩形横截面非比例试样的尺寸参照GB/T228.1。b₀/mmr/mmH/mmk=5.65k=11.3L₀/mmLe/mm试样编号L₀/mmLe/mm试样编号仲裁试验：L。+2b₀P1仲裁试验：L。+2b₀P01P2P02P3P03优先采用比例系数k=5.65的比例试样。如比例标距小于15mm,建议采用非比例试样。试样厚度宜大于3mm。推荐选择P2、P3试样。试样的夹持头部一般比其平行长度部分宽(见图A.2)。头部宽度应≥1.2b。,b。为试样平行长度的原始宽。图A.2矩形横截面拉伸试样A.3.2矩形横截面不同修复方式的拉伸试样制备A.3.2.1坑修复采用坑修复方式的矩形横截面试样进行拉伸性能测试，按第6章制备样坯，试样制备优先采用等比率试样，否则按图A.3制备试样。修复外表面半径R、为0.3b。,其中b。为试样平行长度的原始宽度。修复厚度T、见表A.2。表A.2坑修复和槽修复拉伸试样建议修复厚度厚度占比T,修复厚度T,0.3a₀0.4a₀0.6a₀标序号说明：1——修复部分；2——基材。图A.3平板坑修复的拉伸试样A.3.2.2槽修复表A.3槽修复拉伸试样建议修复外表面边长面积占比A,3%～5%5%～10%修复外表面边长L。0.3L₀0.4Lo0.5L₀标引序号说明：2——基材。采用面修复方式的矩形横截面试样进行拉伸性能测试，按第6章制备样坯，按图A.5～图A.7制备试样。具体形式则由双方协定。标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图A.5平板面修复形式1——拉伸试样标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图A.6平板面修复形式2——拉伸试样标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图A.7平板面修复形式3——拉伸试样A.4圆形横截面拉伸试样A.4.1圆形横截面拉伸试样制备要求拉伸试验圆形横截面比例试样的尺寸见表A.4,示意图见图A.8。拉伸试验圆形横截面非比例试样的尺寸参照GB/T228.1。图A.8圆形横截面拉伸试样表A.4圆形横截面拉伸比例试样尺寸r/mmH/mmk=5.65k=11.3La/mmLe/mm试样编号L₀/mmLe/mm试样编号5d₀仲裁试验：L₀+2d₀仲裁试验：L₀+2d₀R01R02R03注1:优先采用比例系数k=5.65的比例试样。注2:试样总长度取决于夹持方法，原则上L>L.+4d₀。推荐选择R2、R3试样。试样的夹持头部直径一般比其平行长度部分大(见图A.8)。头部直径D应≥2d₀,d。为试样平行长度的原始直径。A.4.2圆形横截面修复不同形式的拉伸试样制备采用面修复方式的圆形横截面试样进行拉伸性能测试，按第6章制备样坯，按图A.9和图A.10制备试样。具体形式则由双方协定。标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图A.9圆棒面修复形式1——拉伸试样标引序号说明：1——修复部分；2——基材。(规范性)冲击试样制备B.1一般要求标准尺寸冲击试样长度为55mm,截面积为10mm×10mm方形截面。在试样长度中间有V型或U型缺口，见图B.1和图B.2。非标准尺寸冲击试样参照GB/T229。缺口底部最大最小厚度差不应超过0.05mm。试样表面应无锈蚀、划痕及损伤。试样制备过程中，对缺口的制备应仔细，以保证缺口根部处没有影响吸收能的加工痕迹，且不应由于冷作硬化或过热而影响冲击性能。试样数量应不少于3个。冲击吸收能量较低或脆性材料试样，推荐采用U型缺口；冲击吸收能量较高或韧性材料试样，推荐采用V型缺口试样制备应符合本附录规定；如有特殊要求，则由双方协定。A—AAV型标准试样AAA—A图B.2U型标准试样B.2试样的取样方向试样切取应符合相关标准规定或根据试验目的进行切取。取样时应详细记录取样位置、取样方向、编号等，并在性能测试试样上对修复部分和基材进行标记。试样的取样方向标记方法见图B.3。具体取样方向可由双方协定。切取试样时宜距离边缘最小1mm。图B.3冲击试样取样方向示意图B.3面修复方式的冲击试样制备B.3.1通则由于冲击试验的特殊性，本文件只推荐了面修复方式的冲击试样。根据修复零部件实际修复部位及该部位所承受载荷作用方向来选择修复形式。修复零部件中对于修复部位平行于冲击载荷所在平面，测试试样宜采用面修复形式1,见图B.4。修复零部件中对于修复部位垂直于冲击载荷所在平面，测试试样宜采用面修复形式2,见图B.5和修复零部件中对于修复部位完全位于冲击载荷的一侧时，测试试样宜采用面修复形式3,见图B.7。采用面修复方式的标准冲击试样进行冲击性能测试，按第6章制备样坯，按图B.4制备试样。其中修复厚度T、见表B.1。标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图B.4面修复形式1——冲击试样表B.1面修复形式1——冲击试样修复厚度修复厚度T、/mm2346B.3.3面修复形式2采用面修复方式的标准冲击试样进行冲击性能测试，按第6章制备样坯，按图B.5和图B.6制备试样。其中修复厚度T、见表B.2。标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图B.5面修复形式2——冲击试样(远离冲击缺口)标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图B.6面修复形式2——冲击试样(临近冲击缺口)表B.2面修复形式2——冲击试样修复厚度厚度占比T,5%～15%30%～50%修复厚度T,/mm3456B.3.4面修复形式3采用面修复方式的标准冲击试样进行冲击性能测试，按第6章制备样坯，按图B.7制备试样。标引序号说明：1——修复部分；2——基材。图B.7面修复形式3——冲击试样(规范性)疲劳试样制备C.1一般要求试样的形状与尺寸取决于要被试验的修复零部件的形状与尺寸。当矩形横截面试样要求考虑材料在实际应用时的表面条件时，试样至少要求试验部位的一面保持未加工状态。通常情况下，由于矩形试样很难获得较小的粗糙度或者在矩形横截面的拐角提前萌生疲劳裂纹，采用矩形横截面试样进行的疲劳试验，其结果一般与圆形横截面试样没有可比性。试样的加工工艺对疲劳试验结果影响很大，因此选择适当的加工工艺并严格遵守是非常重要的。在加工过程中为了避免材料过热和加工硬化，并使表面残余应力减到最小，以及保证试样表面状态尽可能一致，按照GB/T3075—2021第5章执行。试样夹持端的形状应适合试验机的夹头。试样轴线应与力的作用线重合。试样制备应符合本附录规定；如有特殊要求，则由双方协定。C