Испытание металлов при повышенных температурах

Обновлено: 21.09.2024

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Журавлев Г. М., Дао Тиен Той

Рассмотрено влияние температуры и скорости деформирования на механическое свойство материала при обработке металлов давлением в режиме полугорячей обработки . Представлены результаты по испытанию на сжатие. Построены кривые упрочнения для стали 18ЮА.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Журавлев Г. М., Дао Тиен Той

Экспериментальное исследование ключевых процессов высокоэффективной технологии производства изделий ответственного назначения

Напряженно-деформированное состояние процесса полугорячего выдавливания с раздачей полуфабрикатов специзделий

Текст научной работы на тему «Испытание материала на сжатие при повышенных температурах»

1. Управление эффективностью и качеством: в 2 ч. Ч. 2. Модульная программа; под ред. И. Прокопенко, К. Норта. М.: Дело, 2001. 608 с.

2. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. М.: Радио и связь, 1985. 200 с.

3. Никифоров А.Д., Ковшов А.Н., Назаров Ю.Ф. Процессы управления объектами машиностроения: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 2001. 455 с.

4. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 336 с.

5. Иноземцев А.Н., Анцев А.В. Проект технического обслуживания, ремонта и модернизации технологического оборудования // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2009. Вып. 4. С. 70 - 79.

A. Inozemtsev, A. Antsev

Increase of efficiency of manufacturing equipment's technical maintenance in machine building enterprise.

The facts that affect to the duration of maintenance, repair and modernization of a manufacturing equipment is made. The method of efficiency increasing of manufacturing equipment's technical maintenance by ensuring necessary quality level of used engineering and technological documentation is represented.

Keywords: technical maintenance, repair, modernization, repair project, increase of efficiency, informational management.

ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛА НА СЖАТИЕ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Рассмотрено влияние температуры и скорости деформирования на механическое свойство материала при обработке металлов давлением в режиме полугорячей обработки. Представлены результаты по испытанию на сжатие. Построены кривые упрочнения для стали 18ЮА.

Ключевые слова: повышенная температура, штамповка, полугорячая обработка.

Конструктор, выбирая материал для проектируемой детали, а затем, рассчитывая ее на прочность, должен располагать данными о механических свойствах материала. Механические испытания имеют большое зна-

чение не только для расчета на прочность, но и для разработки технологии изготовления детали. Большинство характеристик механических свойств металлов и сплавов не является их физическими константами. Они в значительной степени зависят от условий изготовления и эксплуатации деталей. Поэтому необходимо выполнение определенных условий проведения испытаний, которые бы обеспечили сопоставимость результатов испытаний и их использование при анализе процессов обработки металлов давлением. Такие условия называются условиями подобия механических испытаний.

Во многих случаях металлические материалы в конструкциях работают под статическими нагрузками. Поэтому для оценки механических свойств широко используются статические испытания, которые проводятся с применением разных схем напряженного состояния в образце. Для соблюдения условий подобия образцы следует подвергать испытаниям при одинаковой схеме напряженного состояния и в одинаковых физических условиях. Поэтому при исследовании процесса прессования с раздачей при повышенной температуре (в режиме полугорячей штамповки) необходимо проводить испытание на сжатие, как и при температурах соответствующей обработки (740. 800 0С). Использование полугорячей обработки дает возможность повысить пластические свойства материала при минимальном образовании окалины.

При нагревании деформируемого металла в последнем возникают разупрочняющие процессы, а именно возврат и рекристаллизация. Таким образом, при повышенных температурах в процессе деформации протекают одновременно как упрочняющие, так и разупрочняющие процессы.

Возврат в процессе обработки приводит к некоторому уменьшению сопротивления деформированию и к увеличению пластичности. С увеличением температуры скорость возврата увеличивается. В связи с этим эффект возврата зависит от соотношения между температурой и скоростью деформации. Повышение скорости деформации при данной температуре может снизить эффект возврата. Увеличение температуры деформируемого металла сверх температуры возврата ведет к возникновению процесса рекристаллизации. В зависимости от того, какой из процессов будет преобладающим, результаты деформации будут различны. На основе многочисленных экспериментов Н.С. Курнаков установил, что изменение прочностных характеристик с изменением температуры подчиняется экспоненциальной зависимости для металлов и сплавов, не имеющих физико-химических превращений в данном интервале температур (закон Курнакова). Математическая запись этого закона может быть представлена в виде

где р11, Р(2 - значение прочностной характеристики при температуре 2 а - температурный коэффициент.

Важно знать, можно ли при анализе и проектировании процессов обработки давлением пользоваться данными о механических свойствах металлов, полученными путем обычных испытаний. Иначе говоря, необходимо знать, как влияет скорость деформации на пластичность и напряжение текучести. В первом приближении можно сказать, что при увеличении скорости деформации напряжение текучести возрастает, а пластичность падает. При горячей деформации идет процесс рекристаллизации. Чем выше скорость деформации и меньше скорость рекристаллизации, тем больше напряжение текучести и меньше пластичность. Многие исследователи пытались аналитически выразить зависимость напряжения текучести от скорости деформации при заданной температуре и степени деформации. Наибольшего внимания заслуживают формулы, предложенные П. Людвиком и А. Рейто:

а = а0 + п 1п—; а = а

где а5, а - напряжения текучести соответственно при скоростях деформации 6 и б0; п, т - константы, определяемые экспериментально.

С.И. Губкин считает [5], что первой формулой целесообразно пользоваться в области температур деформации с упрочнением, а второй -применять для температур деформации с разупрочнением. Это подтверждает и Л.Д. Соколов в своих исследованиях, посвященных изучению влияния температуры и скорости деформации на сопротивление деформации [6].

Для практических расчетов значение скоростного коэффициента

можно определять как отношение скоростей деформации 66, где б1 - ско-

рость деформации при проведения испытания б1 =---------. Здесь V - скорость

деформирования; Нср - средняя высота образца (б1 = 0,03. 0,1с^), а 62 - скорость деформации для исследуемого процесса.

С учетом температуры деформации отношение — = 0,5 для процес-

сов полугорячей обработки. Скоростной коэффициент будет равен 1,32.

Испытания на одноосное сжатие - распространенный вид испытаний для оценки механических свойств металлов и сплавов - сравнительно легко подвергаются анализу, позволяют по результатам одного опыта оп-

ределять сразу несколько важных механических характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимых для конструкторских расчетов.

Метод испытания на сжатие стандартизован. Для проведения испытания на сжатие при повышенных температурах существует ГОСТ 25.53097. В нем сформулированы определения характеристик, оцениваемых при испытании, даны типовые формы и размеры образцов, основные требования к испытываемому оборудованию, методика проведения испытания и подсчета результатов. Используем образцы в виде цилиндра с торцевыми выточками. На рис. 1 показаны стандартные образцы для испытаний при повышенных температурах. В данной работе приняты й0=10 мм; к0=10 мм; и0=0,б мм; ^=0,305 мм.

Рис. 1. Цилиндрические образцы для испытания на сжатие при повышенных температурах

Образцы изготовлены на металлорежущих станках. При изготовлении образцов приняты меры, исключающие возможность изменения свойств металла при нагреве или наклепе, возникающего в результате механической обработки. Все требования по форме, размерам и качеству образцов, маркировка для испытаний базируются на общих соображениях и правилах условия подобия механических испытаний и по ГОСТ 1497-84.

Испытания проведены на гидравлической машине сжатия Р-20 в соответствии с ГОСТ 28840-90. Измерение нагрузки при проведении испытаний осуществляется торсионным силоизмерителем. Для проведения испытаний при высоких температурах машины комплектуются температурными камерами и печами с диапазоном от 25 до 1700 °С. В рабочей зоне расположены образцы с захватами. Схема испытания на сжатие при повышенных температурах представлена на рис. 2.

К началу испытания были измерены и размечены образцы, для определения их начальной площади поперечного сечения Г0 (по ГОСТ 1497-84). Замер диаметра осуществлялся в середине и по краям рабочей части образца с последующим определением среднего значения, по которому рассчитывают площадь его поперечного сечения. Для замера

температуры были установлены два первичных термопреобразователя (термопары). Испытание проведены для 4 разных значений температуры в пределах 740. 800 0С по шагам в 20 0С. Перед испытанием образцы выдерживали до необходимой температуры. Образец устанавливали на опорную плиту в нижнем захвате 9 и сжимали подвижным захватом 7.

Рис. 2. Приспособление для испытания на сжатие при повышенных температурах:

1 - пуансон; 2 - сильфон; 3 - направляющая втулка;

4 - крышка верхняя; 5 - основание; 6 - печь; 7 - подвижный захват;

8 - образец; 9 - самоустанавливающаяся опора со сменным вкладышем

В результате испытания была зафиксирована первичная диаграмма сжатия - зависимость силы Р от уменьшения высоты образца (абсолютной деформации АН). По диаграмме сжатия определены:

степень деформации є = Н0 + • 100%,

где Н0 - начальная высота образца; Нк - конечная высота образца до момента разрушения;

интенсивность деформации определяется є = 1п -Н() •

интенсивность напряжения аі =

пределы текучести а* = —;

предел прочности ав =

Полученные результаты представлены в таблице, построенные кривые упрочнения - на рис. 3.

Температура, 0С Скорости деформирования, мм/мин Степень деформации Пределы текучести, МПа Предел прочности, МПа

740 ¥¡=10 0,45 121,54 131,5

V2=20 0,45 127,97 138,79

¥з=60 0,45 145,49 167,9

760 ¥¡=10 0,5 109,39 118,43

0 2 V= 0,5 115,18 124,91

¥з=60 0,5 130,95 151,10

780 ¥¡=10 0,55 99,50 107,65

¥2=20 0,55 104,70 113,55

¥з=60 0,55 119,05 137,40

800 ¥¡=10 0,6 91,15 98,70

¥2=20 0,6 95,98 104,10

¥з=60 0,6 109,12 125,93

* ♦ * * V - 60 мм/мин — — V - 20 мм/мин V - 10 мм/мин

0 0.1 0.2 0,3 0.4 0,5 0,6 а

. * » 'V =60 мм/мин — — 1/ = 20 мм/мин V — 10 мм/мин

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 к

■ ’ ■ ’ V 60 мм/мин — — V - 20 мм/мин -------- V = 10 мм/мин

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Е:

Рис. 3. Значение oi в зависимости от температуры и скорости деформирования: а - при t = 740 0C; б - при t = 760 0C; в - при t = 780 0C; г - при t = 800 0C

В результате был сделан вывод: интенсивность напряжения уменьшается с возрастанием температуры и увеличивается с повышением скорости деформирования.

1. Ицковик Г.М. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1986. 351 с.

2. Золотоевский В.С. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1983. 350 с.

3. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение.

4. ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие.

5. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов: в 3 т. М.: Ме-таллургиздат, 1947. 532 с.

6. Соколов Л. Д. Сопротивление металлов пластической деформации. М.: Металлургиздат, 1963. 284 с.

G. Zuravliov, Dao Tien Toi

Test of material on compression at high temperatures

Investigation of influence of temperature and deformation velocity on mechanical properties of material under metal forming in the regime of warm forming is described. The results in compressive test are presented; the curve hardening for steel 18ЮА are constructed.

Keywords: high temperature, stamping, warm forming.

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ С ФРИКЦИОННЫМ ХАРАКТЕРОМ ЗАЦЕПЛЕНИЯ

Проведен анализ зависимости передаточной функции от геометрических и фрикционных параметров роликовинтовых механизмов.

Ключевые слова: планетарный роликовинтовой механизм, фрикционный характер зацепления, поступательное перемещение, кинематическая передаточная функция.

Планетарные роликовинтовые механизмы (ПРМ) принято различать по следующим признакам [1]:какое из зацеплений роликов - с гайкой или винтом - является опорным, а какое - рабочим; какое из

Методы испытания механических свойств при нормальных, высоких и низких температурах

Методом статических испытаний на растяжение при комнатной (20±5°) температуре по ГОСТ 1497—84 определяют: пределы пропорциональности σпц, упругости σуп, услов­ный σ0,2и физический σт пределы текучести, временное сопротивле­ние разрыву σв, относительное удлинение б и сужение Ψпосле разрыва. Основной тип образца — цилиндрический с рабочим диамет­ром 10 мм, применяют также образцы других диаметров — d0 (часто диаметром 5 мм), плоские образцы толщиной 0,5 мм и более. Начальная расчетная длина l0 должна составлять 5,65√F0 или 11,3√F0 , где F0— площадь поперечного сечения рабочей части об­разца до разрыва. Рабочая длина цилиндрических образцов дол­жна быть в пределах от l0 + 0,5d0 до l0 + 2d0, плоских образцов толщиной 4 мм и более — от l0 + 1,5√F0 до l0 + 2,5√F0.

При арбитражных испытаниях рабочая длина образцов должна соответствовать верхним из указанных пределов. Основные требова­ния, предъявляемые к установке образцов: способ крепления не должен допускать проскальзывания образцов в захватах, смятия опорных поверхностей, деформацию головок и разрушение образца в местах перехода от рабочей части к головкам и в головках. Раз­метку расчетной длины образца следует выполнять с точностью до 1%.,

Измерение образцов до испытания проводят не менее чем в трех местах (в середине образца и по краям рабочей части), площадь поперечного сечения вычисляют по наименьшим из полученных размеров. При проведении испытаний необходимо соблюдать на­дежное центрирование образца в захватах испытательной машины плавность нагружения. Скорость перемещения подвижного захвата не должна превышать 0,1 при испытании до предела текучести и за пределом текучести быть не менее 0,4 длины расчетной части образ­ца при выражении ее в миллиметрах в минуту. Могут быть предло­жены и другие скорости. При определении пределов упругости и текучести с помощью тензометров цена деления шкалы приборов не должна превышать 0,002 и 0,02 мм соответственно. Точность отсчета нагрузки при испытании — одно наименьшее деление шкалы силоизмерителя. Порядок проведения испытаний и расчет показателей механических свойств регламентированы в ГОСТ 1497—84.

Кратковременные статические испытания на растяжение при повышенных температурах (до 1200 °С) проводят в соответствии с ГОСТ 9651—84. Определяют: предел текучести (σ t 0,2) временное сопротивление разрыву (σв),относительное удлинение (δ t ) и суже­ние (Ψ t )- Методика испытаний аналогична испытаниям при нормальной температуре. Отличие состоит в форме и размерах образца, наличии соответствующего нагревательного устройства и оборудования для контроля и поддержания заданного температур­ного режима испытаний. Для «горячих» испытаний применяются пропорциональные цилиндрические образцы с резьбовыми головка­ми и с расчетной длиной рабочей части l0 = 5,65√F0 (короткий) и l0 = 11,3√F0 (длинный).

Нагревательное устройство (печь) должно обеспечивать равно­мерный нагрев до заданной температуры по всей рабочей длине образца и сохранять температуру в установленных пределах на протяжении всего испытания. Температуру измеряют одной термо­парой, установленной в средней части образца, и приборами класса точности не ниже 0,5%. Приборы подлежат систематической повер­ке в соответствии с инструкциями Госстандарта СССР. Допустимые отклонения от заданной температуры приведены ниже:

Продолжительность нагрева до температуры испытания не должна превышать 1 ч, а время выдержки 20—30 мин, если нет других указаний в НТД. Запись диаграмм выполняют в масштабе по оси деформации 12 : 1 или более подробном. Испытания на растя­жение при отрицательных температурах проводятся сравнительно редко.

осуществляют на стандартных образцах пяти типов (рис. 1), в основном применяют тип 1. Образцы клеймят номером плавки и по­рядковым номером на боковых сторонах или на стороне,противопо­ложной надрезу. Расстояние клейма от торца—не более 15 мм. К испытаниям не допускают образцы с дефектами изготовления (раз­меры, следы обработки на поверхности надреза в виде поперечных рисок, трещины, заусенцы на ребрах, клеймо на опорной поверхно­сти) и металла. В термически обработанных образцах канавки прорезают после термообработки. Образец помещают на опоры стани­ны маятникового копра надрезом внутрь, правильность установки проверяют специальным шаблоном. Расстояние между опорами должно составлять 404:0,5 мм, а между осями ножа и надреза об­разца — не превышать 0,2 мм. Перед каждой серией испытаний копер проверяется на свободном полете маятника от верхнего и нижнего положений. Показатель работы в обоих случаях должен соответствовать нулю с точностью до 1 Дж (точность определения работы удара). Скорость ножа маятника в момент удара должна быть в пределах 4—7 м/с, что соответствует его подъему на высоту 0,8—2,5 м (для копров с максимальной энергией в 300 Дж). После испытаний оценивают структуру излома.

Для испытаний при повышенных (до 1200 °С) температурах ис­пользуют трубчатые печи, которые устанавливают так, чтобы на­правляющий желоб трубки вплотную подходил к опорам копра и находился на одном уровне с ними. Горизонтальное положение ог­раничителя должно фиксировать такое положение образца, при котором он после нагрева в печи надежно встанет в установленное до испытания положения. После проверки установки ограничителя образец помещают в нагретую до заданной температуры печь, а ограничитель продвигают вплотную к направляющему желобу опо­ры копра. По истечении 10-мин выдержки образец с помощью металлического стержня выталкивается из печи на опоры копра до упора задней стенки ограничителя в фиксатор. Время от извлечения образца до удара маятника практически не превышает 5 с. Ис­пытание образцов из сильно окисляющихся сталей проводят в ней­тральных средах.

Для испытания при пониженных (до кипения жидкого азота) температурах вблизи копра устанавливают термостат для охлажде­ния образцов. Вся партия образцов, испытываемых при одной и той же температуре, должна подаваться на копер в одинаковых усло­виях. Перед испытанием один образец из партии с заточенным тор­цом устанавливают к фиксатору так, чтобы ось надреза образца и ось ножа маятника совпадали. Ограничитель фиксируется в поло­жении образца, при котором последний после охлаждения в термо­стате встанет в установленное для испытаний положение.

После установки ограничителя на копре эталонный образец и всю сверенную с ним партию (2—10 шт.) помещают в термостат за­точенными торцами в одну сторону, а ограничитель вплотную придвигают к направляющему желобу опоры копра. Хладоагентом в термостате является смесь спирта с жидким азотом или один жидкий азот. В связи с некоторым повышением температуры смеси после закладки образцов в термостат необходимо небольшими пор­циями при непрерывном помешивании доливать жидкий азот, пока температура не достигнет заданной. Отрицательные температуры измеряют платиновым пирометром сопротивления, работающим в паре с электронным мостом. После достижейия температуры термо­стата образец выдерживают 15 мин и затем быстро переносят в направляющий желоб заточенным торцом вперед. С помощью металлического стержня образец выталкивается на опоры до упора задней стенки органичителя в фиксатор, время от извлечения образ­ца из термостата до удара маятника не должно превышать 5 с. Все испытания на ударную вязкость должны проводиться в течение од-го удара маятника.

Сопряжение головки и рабочей части образца должно быть плавным. Допустимое отклонение в величине площади поперечного сечения по всей расчетной длине образца ±0,5%; допустимое бие­ние рабочей части поверхности образцов при проверке в центрах, а также отклонение от номинального диаметра — не более 0,03 мм. При испытаниях должны обеспечиваться постоянство нагрузки в течение всего времени испытания, плавность нагружения и разгружения, надежное центрирование и равномерный нагрев образца до заданной температуры и ее сохранение на протяжении всего испы­тания. Отклонение от заданной нагрузки на образец не должно пре­вышать ±1%.

Контроль температуры образца осуществляется тремя термопа­рами, две из которых прикрепляют к концам рабочей части образца, а третью (регулирующую) — к верхнему захвату машины. В про­цессе испытаний температура непрерывно записывается электрон­ными потенциометрами класса точности 0,5%; кроме того, ежечасно замеряют температуру с помощью переносного потенциометра того же класса точности и не реже одного раза в 15 мин контролируют работу каждой группы машин. Результаты измерений и наблюдений заносят в операционные карты, составляемые на каждый образец, и в операционный журнал. Контрольные термопары систематически проверяются с помощью образцовой термопары II разряда, их за­меняют через каждые 500 ч работы при температурах испытания 500—800 °С; при испытаниях до 850—1000 °С термопары заменяют­ся через каждые 100 ч.

Отклонения от заданной температуры не должны превышать ±3 °С при температуре испытания до 600 и ±4 °С при испытании в диапазоне 600—900 °С. Для лучшей организации работы по изме­рению температуры в ЛКИ должен быть участок КИП. Время испытания, проведенного при температурах с отклонениями более допустимых, исключают из общей продолжительности испытания. При вынужденном перерыве испытания образец необходимо разгру­зить, устранить причину перерыва, снова нагреть до заданной тем­пературы, выдержать при ней и плавно нагрузить. В этом случае результаты испытаний считаются действительными, если суммарная продолжительность их под нагрузкой при заданной температуре не ниже требований НТД. Результаты считаются недействительными при разрыве образца в галтели (за исключением случая, когда про­должительность испытания достигла значений, соответствующих требованиям НТД) и при разрыве образца по дефектам металлур­гического происхождения.

Испытание металла на ползучесть — это разновидность испыта­ний на длительную прочность. Оно служит для определения нара­стания деформации образца во времени при постоянных нагрузке и температуре. Применяют образцы: цилиндрические d0 = 10,/ = 100 и 200 мм с резьбой М16; плоские — шириной 15, /о = 100 мм и тол­щиной, соответствующей толщине листа. Требования к качеству об­разцов, аппаратуре и машинам, порядку проведения испытания на ползучесть и точности измерений температуры в целом аналогичны рассмотренным. Отличие состоит в том, что после нагрева и выдер­жки в течение 1 ч к образцу плавно прилагают нагрузку в размере 10% общей нагрузки и снимают показания для измерения деформа­ции (приборы для измерения деформации должны обеспечивать точность отсчета не менее 0,002 мм). Если температура и деформа­ция остаются в течение 5 мин постоянными, прилагают остальную нагрузку и ступенями — через каждые 5, 10, 15 (чаще — через 60) мин ведут отсчет деформации. Продолжительность, температуру и степень деформации устанавливают НТД. По окончании испытания образец разгружают до величины предварительной нагрузки и опре­деляют абсолютную величину остаточного удлинения.

предназначено для оценки технологической пластичности металла при температурах до 1200 °С (иногда — выше) по двум показателям — числу скручива­ний образца до его разрушения и максимальному крутящему мо­менту, выраженному в ньютонах, умноженных на метр. Применяют­ся цилиндрические образцы do=10 мм и /0 = 40 мм. Головки образца имеют резьбу Ml6. Испытательные машины снабжают потенциометрами, обеспечивающими контроль температуры образца (класс точности — 0,5%), замер крутящего момента и числа скру­чиваний. Во время испытания недопустимо продольное перемещение образца и его биение. Частота вращения активного захвата — не менее 60 об/мин. Обмеренный с точностью до 0,1 мм образец мон­тируют в удлинителях, помещают в нагретую печь, закрепляют в захватах машины и нагревают (прогрев 30, выдержка 10—15 мин). Машину включают после окончания нагрева. По диаграмме на шлейфе потенциометра определяют величину крутящего момента с точностью до 10 Нм и число скручиваний с точностью до 0,5 оборо­та. Для обеспечения правильной работы испытательной машины и надежности результатов по специальной методике для различных марок или групп марок стали строятся тарировочные графики: крутящий момент — в ньютонах, умноженных на метр (он же — в единицах шкалы потенциометра).

Основные требования к условиям проведения этих испытаний изложены в ГОСТ 2860—65. Определяют предел усталости путем воздействия на вращаемый образец одной или двух изгибающих сил, вызывающих в образце напряжения (растяжение, сжатие), изменяющиеся по симметрич­ному циклу. Для испытаний используют машины типа НУ с часто­той вращения образца 3000 об/мин. База испытания — 10 млн. цик­лов. Предел усталости новых марок стали, а также любых сталей, для которых необходимо установить действительный предел вынос­ливости, определяют на шести образцах и более. Для испытания первого образца подсчитывают постоянное напряжение, равное 0,6% предела прочности при растяжении. Для второго и последую­щих образцов напряжение каждый раз повышается или понижается на 20 или 40 МПа в зависимости от числа циклов, разрушивших первый образец. Если первый образец не разрушился, на последую­щих образцах делается прирост напряжения на одну и ту же величину (20 или 40 МПа) до разрыва образца. Разность между напря­жениями для двух последних образцов (разрушившегося и неразрушившегося) не должна превышать 20 МПа. Испытывают образ­цы с do, равными 7,5 и 10 мм, с надрезом или без него (рис. 19), последнее определяется НТД. Размеры образцов проверяют с по­мощью инструментального микроскопа с коническими щупами с точностью 0,01 мм. Конусность цилиндрического образца не должна превышать 0,005 мм, биение в центрах 0,03 мм. Если в процессе испытания машина отключалась, то это испытание считается несостоявшимся. Повторно образец не испытывают.

Испытание на изгиб хрупких материалов проводят с целью опре­деления склонности стали и других материалов к хрупкому разруше­нию. Дисковые образцы диаметром 60 и высотой 10 мм или образцы прямоугольного сечения (10х10х60 мм) испытывают на гидравли­ческой машине (например, типа «Амслер») со шкалами нагрузок 100 или 200 кН. Образцы устанавливаются на две опоры, расстоя­ние между которыми равно 40 мм, и подвергают действию медленно возрастающей нагрузки (~2 мм/мин). Определяют наибольшую нагрузку в момент разрушения образца (Р) и подсчитывают сопро­тивление изгибу по следующим формулам:

где l — расстояние между опорами; В — ширина прямо­угольного образца; h— высота прямоугольного образца; d— диа­метр дискового образца. С помощью прогибомера измеряют стрелу прогиба (точность 0,5 мм), по внешнему виду образцов определяют характер разрушения.

В соответствии с ГОСТ 7268—67 чувствительность стали к механи­ческому старению определяют сравнением ударной вязкости образ­цов стали в исходном состоянии и подвергнутых деформации и последующему нагреву по специальным режимам. Из отобранных по ГОСТ 7564—73 заготовок вырезают две полосы, одна из которых предназначена для деформирования, другая — для изготовления ударных образцов в исходном состоянии. Полосу с нанесенной на нее расчетной длиной 120 или 160 мм деформируют растяжением для получения 10±0,5% остаточного удлинения. Расстояние от за­хватов до расчетной длины должно быть не менее 10 мм. Из дефор­мированной полосы вырезают заготовки для ударных образцов так, чтобы место вырезки не выходило за пределы расчетной длины по­лосы. Форма и размеры ударных образцов соответствуют ГОСТ 9454—78. Готовые деформированные образцы подвергают равномерному нагреву при 250±10 °С с выдержкой 1 ч и охлажде­нию на воздухе. Нормативно-технической документацией на метал­лопродукцию может предусматриваться другой режим старения и количество испытуемых образцов. Если такое указание отсутствует, то испытывают шесть образцов: три — в состоянии поставки метал­ла и три — после старения. Показатель чувствительности опреде­ляют по формуле, %:

где (ан)исх — среднее арифметическое значение ударной вязкости в исходном состоянии; (ан)ст — то же, после старения.

Испытание на изгиб полосовой и другой стали служит для опре­деления способности металла выдерживать заданную пластическую деформацию, характеризуемую изломом изгиба, или для оценки предельной пластичности при изгибе. В соответствии с ГОСТ 14019—80 испытанию на изгиб подвергают ленты полосового, широкополосно­го, листового, сортового фасонного и периодического профилей, прокат из металлов и сплавов, а также поковки и отливки. Места вырезки заготовок для изготовления образцов определяются

ГОСТ 7564—73. При испытании сортовой стали толщиной до 35 мм поперечное сечение образцов должно быть равно поперечному сече­нию проката. При испытании стали более крупных профилей изго­тавливают цилиндрические образцы диаметром 25 мм с сохранени­ем полоски поверхности проката или простроганные с одной сторо­ны образцы толщиной 20 и шириной не менее 30 мм. Качество поверхности образца должно соответстовать классу 4 по ГОСТ 2789—73. Испытание полосовой, широкополосной и листовой стали проводят на плоских образцах. При толщине проката до 30 мм образцы изготавливают с сохранением поверхностных слоев проката. Ширина образцов должна быть не менее двух толщин про­ката. Из проката толщиной более 30 мм изготавливают простроган­ные образцы толщиной 20 и шириной не менее 30 мм также с сохранением на одной стороне поверхности проката, которая при изгибе должна находиться снаружи. Общая длина образца для испытания на изгиб должна составлять 160—170 мм.

изгиб на двух горизонтальных параллельных опорах до заданно­го угла между одной стороной образца и продолжением другой (рис. 20, а);

изгиб на двух горизонтальных параллельных опорах до появле­ния первой трещины, видимой невооруженным глазом (рис. 20, б). Угол измеряют после снятия нагрузки;

изгиб до параллельности сторон, предварительно образец заги­бают на угол не менее 150°, затем устанавливают прокладку и об­разец догибают до соприкоснования с ней (рис. 20, в);

изгиб до соприкосновения сторон образца с образованием петли, предварительный загиб — на угол не менее 150° (рис. 20, г).

Результаты испытаний определяют по НТД. Если специальных указаний нет, годными признаются образцы, не имеющие излома, расслоений, надрывов и трещин, видимых невооруженным глазом.

Перечисленные методы испытаний являются традиционными и наиболее распространенными при определении механических пока­зателей качества металлопродукции [44]. На металлургических и машиностроительных предприятиях применяют также ряд других испытаний, вт. ч. испытание сварных соединений на растяжение и загиб (ГОСТ 6996—66), определение предела прочности огнеупор­ных изделий сжатием (ГОСТ 4071—89), испытание металла на кру­чение (ГОСТ 3565—80), на срез (по отраслевым нормам), сжатие (ГОСТ 1497—84), устойчивость при высоких температурах (ГОСТ 9651—84), твердость (ГОСТ 9012—59, ГОСТ 9013—59, ГОСТ 2999—75). Развитие машиностроения вызвало необходимость разработки новых методов испытания механических свойств по це­лому ряду нетрадиционных характеристик, связанных с оценкой прочности деталей и конструкций, работающих в весьма широком диапазоне температур, деформаций и в агрессивных средах. Методы испытаний в этих и других условиях приводят в НТД и специаль­ных руководствах. Получают распространение комплексные синергетические методы.

1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ


* При контрольных массовых испытаниях допускается изготовление образцов с предельным отклонением ±0,10 мм.

Допускается использовать образцы без надреза и с одной и двумя необработанными поверхностями, размеры которых по ширине отличаются от указанных в таблице.

Область применения образцов указана в приложении 1.

Испытание образцов типов 4, 14, 18 проводят по требованию потребителя для изделий специального назначения.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

Для цветных металлов и сплавов все это должно быть указано в нормативно-технической документации на продукцию.

При вырезке заготовок металл образцов должен предохраняться от наклепа и нагрева, изменяющих свойства металла, если не предусмотрено иное в нормативно-технической документации на продукцию.

(Измененная редакция, Изм. № 2, Поправка).

1.3. Риски на поверхности концентраторов видов U и V , видимые без применения увеличительных средств, не допускаются.

1.4. Концентратор вида Т получают в вершине начального надреза при плоском циклическом изгибе образца. Способ получения начального концентратора может быть любым.

Число циклов, необходимое для получения трещины заданной глубины, должно быть не менее 3000.

Контроль прогиба образца осуществляется с помощью индикаторов часового типа по ГОСТ 577 или других средств, обеспечивающих погрешность измерения прогиба не более 0,05 мм на базе длины образца.

1.6. Тип и число образцов, порядок проведения повторных испытаний должны быть указаны в нормативно-технической документации на конкретную продукцию, утвержденной в установленном порядке.

Если в нормативно-технической документации на металлопродукцию не указан тип образца, следует испытывать образцы типа 1 - до 01.01.91.

1.4 - 1.6. (Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

2. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Маятниковые копры - по ГОСТ 10708 . Скорость движения маятника в момент удара должна быть:

(5 ± 0,5) м/с - для копров с номинальной потенциальной энергией маятника 50 (5,0); 150 (15); 300 (30,0) Дж (кгс × м);

(4 ± 0,25) м/с - для копров с номинальной потенциальной энергией маятника 25 (2,5); 15 (1,5); 7,5 (0,75) Дж (кгс × м);

(3 ± 0,25) м/с - для копров с номинальной потенциальной энергией маятника 5,0 (0,5) Дж (кгс × м) и менее.

Допускается применять копры с другой номинальной потенциальной энергией маятника. При этом номинальное значение потенциальной энергии маятника должно быть таким, чтобы значение работы удара составляло не менее 10 % от номинального значения потенциальной энергии маятника. До 01.01.91 допускается использовать копры с такой номинальной потенциальной энергией маятника, чтобы работа удара составляла не менее 5 % от номинальной потенциальной энергии маятника. Номинальное значение потенциальной энергии маятника должно быть указано в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.

Основные размеры опор и ножа маятника должны соответствовать указанным на черт. 4. Для копров другой конструкции допускаются иные радиусы закругления ребра опоры и скорость движения маятника от 4,5 до 7,0 м/с.

2.2. Термостат, обеспечивающий равномерное охлаждение или нагрев, отсутствие агрессивного воздействия окружающей среды на образец и возможность контроля температуры.

2.3. Смесь жидкого азота ( ГОСТ 9293 ) или твердой углекислоты («сухого льда») с этиловым спиртом. Применение в качестве охладителя жидкого кислорода и жидкого воздуха не допускается.

Массовая доля кислорода в жидком азоте в процессе охлаждения образцов в термостате не должна быть более 10 %.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

2.4. Термометры с погрешностью не более ±1 °С для измерения температуры охлаждающей среды.

2.5. Термометры, включая и преобразователи термоэлектрические (термопары), для измерения температуры нагрева образцов, обеспечивающие измерение с погрешностью, не превышающей:

±5 °С - при температуре нагрева до 600 °С;

±8 °С - при температуре нагрева свыше 600 °С.

2.4, 2.5. (Измененная редакция, Изм. № 2).

2.6. Трещину на образцах получают на вибраторах, изготовленных по нормативно-технической документации.

2.7. Штангенциркули должны соответствовать требованиям ГОСТ 166 . Допускается применять и другие измерительные средства, обеспечивающие измерение с погрешностью, не превышающей указанной в пп. 1.1 .

2.6, 2.7. (Введены дополнительно, Изм. № 2).

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Перед началом испытаний необходимо проверить положение указателя работы при свободном падении маятника.

Для маятниковых копров с цифровыми отсчетными устройствами указатель работы в исходном положении должен показывать «нуль» при допускаемом отклонении в пределах ширины штриха по нормативно-технической документации.

3.2. Температурой испытания следует считать температуру образца в момент удара.

Температуру испытания указывают в нормативно-технической документации на конкретную продукцию, утвержденной в установленном порядке.

3.3. Комнатной температурой следует считать температуру (20 ± 10) °С.

3.4. Для обеспечения требуемой температуры испытания образцы перед установкой на копер должны быть переохлаждены (при температуре испытания ниже комнатной) или перегреты (при температуре испытания выше комнатной). Степень переохлаждения или перегрева должна обеспечивать требуемую температуру испытания и должна определяться экспериментальным путем.

Опоры и нож маятника


Температура переохлаждения или перегрева образцов при условии, что они могут быть испытаны не позднее чем через 3 - 5 с после извлечения из термостата, указана в приложении 2.

Выдержка образцов в термостате при заданной температуре (с учетом необходимого переохлаждения или перегрева) должна быть не менее 15 мин.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3.5. Соприкасающаяся с образцом часть приспособления для извлечения его из термостата не должна изменять температуру образца при установке его на опоры копра.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Образец должен свободно лежать на опорах копра (см. черт. 4). Установка образца должна производиться с помощью шаблона, обеспечивающего симметричное расположение концентратора относительно опор с погрешностью не более ±0,5 мм. При использовании торцовых ограничителей последние не должны мешать образцам свободно деформироваться.

4.2. Испытание должно проводиться при ударе маятника со стороны, противоположной концентратору, в плоскости его симметрии.

4.3. Работу удара определяют по шкале маятникового копра или аналоговых отсчетных устройств.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. За результат испытания принимают работу удара или ударную вязкость для образцов с концентраторами видов U и V и ударную вязкость для образцов с концентратором вида Т.

5.2. Работу удара обозначают двумя буквами ( KU , KV или К T ) и цифрами. Первая буква (К) - символ работы удара, вторая буква ( U , V или Т) - вида концентратора. Последующие цифры обозначают максимальную энергию удара маятника, глубину концентратора и ширину образца. Цифры не указывают при определении работы удара на копре с максимальной энергией удара маятника 300 (30,0) Дж (кгс × м), при глубине концентратора 2 мм для концентраторов видов U и V и 3 мм для концентратора вида Т и ширине образца 10 мм (образцы 1, 11 и 15 типов).

Допускается обозначать работу удара двумя индексами (А1): первый (А) - символ работы удара, второй ( i ) - символ типа образца в соответствии с таблицей.

5.3. Ударную вязкость обозначают сочетанием букв и цифр.

Первые две буквы КС обозначают символ ударной вязкости, третья буква - вид концентратора; первая цифра - максимальную энергию удара маятника, вторая - глубину концентратора и третья - ширину образца. Цифры не указывают в случае, оговоренном в п. 5.2.

Допускается обозначать ударную вязкость двумя индексами (а i ); первый (а) - символ ударной вязкости; второй ( i ) - символ типа образца в соответствии с таблицей.

Для обозначения работы удара и ударной вязкости при пониженной и повышенной температурах вводится цифровой индекс, указывающий температуру испытания. Цифровой индекс ставят вверху после буквенных составляющих.

KV - 40 50/2/2 - работа удара, определенная на образце с концентратором вида V при температуре минус 40 °С. Максимальная энергия удара маятника 50 Дж, глубина концентратора 2 мм, ширина образца 2 мм.

КСТ + 100 150/3/7,5 - ударная вязкость, определенная на образце с концентратором вида Т при температуре плюс 100 °С. Максимальная энергия удара маятника 150 Дж, глубина концентратора, 3 мм, ширина образца 7,5 мм.

KCU ( KCV ) - ударная вязкость, определенная на образце с концентратором вида U ( V ) при комнатной температуре. Максимальная энергия удара маятника 300 Дж, глубина концентратора 2 мм, ширина образца 10 мм.

а 11 -60 - ударная вязкость, определенная на образце типа 11 при температуре минус 60 °С. Максимальная энергия удара маятника 300 Дж.

5.4. Ударную вязкость (КС) в Дж/см 2 (кгс × м/см 2 ) вычисляют по формуле

где К - работа удара, Дж (кгс × м);

S 0 - начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см 2 , вычисляемая по формуле

где - начальная высота рабочей части образца, см;

В - начальная ширина образца, см.

и В измеряют с погрешностью не более ±0,05 мм (±0,005 см). S 0 округляют: при ширине образца 5 мм и менее - до третьей значащей цифры, при ширине образца более 5 мм - до второй значащей цифры.

Для образцов с концентратором вида Т значение определяют как разность между полной высотой Н, измеренной до испытания с погрешностью не более ±0,05 мм (±0,005 см) и расчетной глубиной концентратора h р , измеренной с помощью любых оптических средств с увеличением не менее 7 на поверхности излома образца после его испытания по схеме, приведенной на черт. 5, с погрешностью не более ±0,05 мм (±0,005 см).


аbс - фронт усталостной трещины; I- I - положение визирной линии окуляра микроскопа в начальный момент
измерения (совпадает с гранью образца); II-II - положение визирной линии микроскопа при окончании
измерения (положение II-II выбирается так, чтобы заштрихованная площадь выше линии была бы
равновелика незаштрихованной площади ниже визирной линии)

5.5. Значение КС записывают в протоколе с округлением: до 1 (0,1) Дж/см 2 (кгс · м/см 2 ) - при значении КС более 10 (1) Дж/см 2 (кгс · м/см 2 ); до 0,1 (0,01) Дж/см 2 (кгс/см 2 ) - при значении КС менее 10 (1) Дж/см 2 (кгс · м/см 2 ).

5.6. Если в результате испытания образец не разрушился полностью, то показатель качества материала считается не установленным. В этом случае в протоколе испытания указывают, что образец при максимальной энергии удара маятника не был разрушен.

Результаты испытаний не учитывают при изломе образцов по дефектам металлургического производства.

5.8. Исходные данные и результаты испытания образца записывают в протоколе испытания. Форма протокола приведена в приложении 3.

ГОСТ 9651-84 (ИСО 783-89) Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах (с Изменением N 1)Постановление Госстандарта СССР от 16.07.1984 N 2513ГОСТ от 16.07.1984 N 9651-84

6. Срок действия продлен до 01.01.96 постановлением Госстандарта СССР от 11.05.90 № 1156*
_____________
* Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС № 11-12 1994 г.). - Примечание .


Настоящий стандарт устанавливает методы статических испытаний на растяжение черных и цветных металлов и изделий из них номинальным диаметром или наименьшим размером в поперечном сечении 3,0 мм и более, а для тонких листов и лент толщиной от 0,5 мм определение при температурах от 35 до 1200 °С характеристик механических свойств:

предела текучести физического;

предела текучести условного;

относительного равномерного удлинения;

относительного удлинения после разрыва;

относительного сужения поперечного сечения после разрыва.

Стандарт не распространяется на проволоку и трубы.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1194-88, ИСО 783-89 по сущности метода, проведению испытаний и обработке результатов.

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и пояснения к ним - по ГОСТ 1497-84.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1.1. Типы и размеры пропорциональных плоских и цилиндрических образцов приведены в приложении.

При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается применение пропорциональных образцов других типов и размеров.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.2. Требования к изготовлению образцов, их предельным отклонениям в размерах рабочей части, маркировке - по ГОСТ 1497-84.

2.1. Аппаратура - по ГОСТ 1497-84 с дополнениями.

2.1.1. Рабочее пространство испытательных машин должно позволять устанавливать нагревательное устройство с удлинительными штангами для крепления образцов, которые должны обеспечивать надежное центрирование образца в захватах испытательной машины.

2.1.2. Нагревательное устройство должно обеспечивать равномерный нагрев образца по его рабочей части до заданной температуры испытания и поддержание этой температуры с учетом предельных отклонений, указанных в п.4.2 настоящего стандарта, на протяжении всего испытания.

2.1.3. Термоэлектрические преобразователи первичные (термопары) должны соответствовать требованиям ГОСТ 3044-84.

2.1.4. Регулирующие и измерительные приборы должны соответствовать требованиям ГОСТ 7164-78, ГОСТ 9245-79, ГОСТ 9736-91 и иметь класс точности не ниже 0,5.

3. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЯ

3.1. Измерение размеров образца, определение его начальной площади поперечного сечения , установление, нанесение и измерение начальной расчетной длины - по ГОСТ 1497-84.

3.2. Для измерения температуры на образец устанавливают:

два первичных термопреобразователя (термопары) - при 100 мм (у меток, ограничивающих начальную расчетную длину образца );

три первичных термопреобразователя (термопары) - при 100 мм (у меток, ограничивающих начальную расчетную длину образца и в середине ее).

За исключением разногласий в оценке качества металла, допускается устанавливать на образце с начальной расчетной длиной до 50 мм один первичный термопреобразователь (термопару) в средней части начальной расчетной длины образца .

3.3. Рабочий конец первичного термопреобразователя (термопары) должен иметь надежный контакт с поверхностью образца и быть изолированным от радиационного нагрева.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Образец, находящийся в нагревательном устройстве и нагретый до заданной температуры, после установленного времени выдержки подвергают испытанию.

4.2. Предельные отклонения от установленной температуры испытания в точках замера по длине расчетной части образца без учета погрешностей измерения температуры, обусловленных термоэлектрическим преобразователем и вторичными приборами, не должны превышать:

±5 °С - при температуре испытания до 600 °С;

±7 °С - при температуре испытания свыше 600 до 900 °С;

±8 °С - при температуре испытания свыше 900 до 1200 °С.

При разногласиях в оценке качества металла предельные отклонения температуры от установленной при испытании в любой точке расчетной длины образца должны быть на 2 °С ниже.

Допускаются предельные отклонения от установленной температуры:

±3 °С - при температуре испытания до 600 °С;

±4 °С - при температуре испытания свыше 600 до 800 °С;

±5 °С - при температурах испытания свыше 800 до 1000 °С.

4.3. Продолжительность нагрева образца до температуры испытания и время выдержки при этой температуре указываются в нормативно-технической документации на металлопродукцию. При отсутствии таких указаний продолжительность нагрева до температуры испытания должна составлять не более 1 ч, время выдержки - от 20 до 30 мин.

4.4. При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается проводить испытания в защитной (нейтральные газы) атмосфере.

Продолжительность нагрева образца до температуры испытания в защитной атмосфере и время выдержки указываются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

4.5. Остальные требования к проведению испытания, обработке результатов - по ГОСТ 1497-84.

Для указания температуры испытания к обозначению определяемой характеристики механических свойств добавляют соответствующий цифровой индекс.

Пример: , , , - предел текучести условный с допуском на величину остаточной деформации 0,2%, временное сопротивление, относительное удлинение после разрыва образца с , относительное сужение поперечного сечения после разрыва, определенные при температуре испытания - 450 °С.

Читайте также: