Испытание на механическое старение металла

Обновлено: 05.07.2024

Набор характеристик определяют назначение металлопроката. Если продукция не соответствуют нормативам, изделия направляют на переделку или бракуют.

О качестве проката судят по соответствию размерам, геометрии, микроструктуре, чистоте поверхности, численным значениям механических свойств. В стандартах указаны требования к изготовлению, визуальному контролю, отбору проб и проведению испытаний.

Прочность проката на сжатие

Правила проведения мероприятия перечислены в ГОСТ 25.503-97. По результатам испытаний строят график, который показывает зависимость между напряжением и характером деформации. Результат проверки используют в случаях:

применения железоуглеродистых спла́вов (это «проблемные» металлы);
оценки качества проката во время приемки партии;
расчета прочности машин и механизмов;
разработки чертежей и технологических процессов для сборных конструкций.

Чтобы провести испытания, отбирают призматические и цилиндрические образцы с гладкими или торцевыми выточками.

Стандарт содержит таблицу, в которой указаны формы и размеры четырех типов проб. Приведены численные значения высоты, диаметра цилиндра, толщины призмы. Перечислены характеристики, которые получают в результате испытаний:

модуль упругости;
предел пропорциональности;
условный и физический предел текучести.

В стандарте указаны параметры для построения кривой упрочнения.

Норматив определяет место, откуда вырезают образец, и дальнейшую обработку. Прокат требуемой формы получают на металлорежущем оборудовании. Указаны размеры и допуски.

Предельное отклонение поперечного сечения призмы размером до 10 мм — 0,01 мм, выше 10 мм — 0,05 мм. Если предусмотрен нагрев, операцию выполняют до механической обработки.

Чтобы провести испытания, используют машины для сжатия, тензометры, измерительные инструменты и приборы. В комплект входит самопишущее устройство, которое отмечает численные значения механических свойств и строит кривую упрочнений.

Наименьшее количество образцов при проверке прочности на сжатие — не менее пяти. Стандарт указывает на необходимость соблюдения правил безопасности и минимального эксцентриситета приложения нагрузки.

Результаты проверки каждого образца отмечают в журнале. После испытаний делают вывод о возможности дальнейшей эксплуатации. Экспертное заключение оформляют протоколом.

Испытание на ударный изгиб и склонность металла к старению

Старение металла — невидимое человеческому глазу изменение структуры проката во времени. Явление присуще низкоуглеродистым сталям с массовой долей «С» менее 0,025%.

Чтобы определить склонность металла к старению, проводят испытания на ударный изгиб. Об ухудшении свойств судят по изменению микроструктуры стали. Характерные признаки старения:

снижается ударная вязкость;
образуется избыточное количество нитридов (соединений «Fe» с «N») и карбидов («Fe» и «C»);
увеличивается хладноломкость и прочность проката.

Ударная вязкость металлопроката

Второе название характеристики — внутреннее трение. Это способность сплава поглощать внешнюю энергию. Когда на образец действуют сторонние силы, металл деформируется или разрушается. Ударная вязкость зависит от величины касательной силы и площади приложения.

Работу, связанную с разрушением образца в точке надреза, вычисляют по формуле: KC = K/F, где K — энергия (кг·м/см 2 ), F — см 2 . Существуют методы, которые учитывают дополнительные параметры.

В лабораториях используют специальные таблицы, где указана величина «KC» (в зависимости от угла отклонения копра). Параметр «F» имеет стандартное значение. При испытаниях учитывают массу и толщину образца, термическую обработку и другие показатели.

На численное значение ударной вязкости влияют параметры:

Температурные условия. При нагревании металл становится податливым. Если конструкция предназначена для работы при низких температурах, есть риск увеличения хрупкости.

Во время испытаний изменяют «T» и повторяют процедуру. Когда есть несколько показаний, строят график изменения параметров: прочности, хладоемкости, пластичности. Цель мероприятия — указать оптимальный режим эксплуатации с лучшим набором характеристик.

Изменение структуры металла. У сварных конструкций наблюдается образование мартенситных зерен. Явление связано с перенасыщением раствора соединениями «Fe» и «C», под микроскопом видна пластинчатая структура. Испытания образца под нагрузкой свидетельствуют об уменьшении прочности в околосварной области.
Характер деформаций. Величина ударной вязкости прямо пропорциональна скорости и времени действия напряжений.

Регламент устанавливает размеры проб и методы испытаний сортового и фасонного проката. Норматив распространяется на листовую и полосовую сталь толщиной более 5 мм.

Цель мероприятия — определить ударную вязкость металла в условиях пластической деформации или искусственного старения. Метод проверки основан на сравнении результатов до и после нагрузки. Существенная разность параметров свидетельствует об ухудшении механических свойств, то есть, о старении металла.

Работу начинают с подготовки образцов. Размер брусков зависит от габаритов профиля. Для проката толщиной более 12 мм вырезают образец 12х12х250 мм. Если в нормативно-технической документации не указано количество, подготавливают не менее трех проб.

Для тестирования используют устройства:

испытательные машины, универсальные и разрывные пресса;
нагревательные приборы, которые обеспечивают равномерное поднятие температуры;
термопары;
регулирующие и измерительные устройства;
маятниковый копер.

Старение металла

Чтобы выявить тенденцию ухудшения механических свойств, концы заготовки зажимают в фиксирующих приспособлениях. На поверхности металла делают отметки.

Различают несколько форм надрезов. Разновидности обозначений:

KCU — со скруглением в виде «U»;
KCT — с трещиной (параллельными гранями) — «T»;
KCV — с острыми краями — «V».

Заготовку кладут надрезом вниз. Когда установку включают, маятниковый копер ударяет участок, который находится напротив отметки. Температура проведения испытания — +20 0 C.

Работу маятникового копра определяют по шкале. Согласно стандарту, степень деформации на растяжение составляет 10±0,5% остаточного удлинения.

Чтобы выявить склонность металла к старению, применяют формулу:

в числителе указывают проката разницу между «КС» и «КСА»;
результат делят на «КС»;
сумму умножают на 100%.

Под аббревиатурой «KC» и «KCA» понимают среднеарифметические показатели до и после испытаний. Результат измеряют в Дж/см 2 .

Численные значения параметров используют для построения графика. Нисходящая или восходящая кривая показывает тенденцию к старению.

Если испытывают деформированную конструкцию, контрольный образец подвергают искусственному старению. Технология включает этапы:

нагрев до температуры 250 0 C;
выдержка металла в камере — 60 минут;
охлаждение образца на воздухе.

Методы отбора проб

Правила подготовки образцов перечислены в ГОСТ 7564-97. Отдельные пункты продублированы в стандартах, которые регламентируют испытания на изгиб, растяжение, усадку, старение.

В общих требованиях (приложениях к нормативу Б, В и Г) перечислены параметры:

Место вырезания контрольного образца, в зависимости от направления прокатывания (вдоль или поперек). Критерий определяется размерами, формой поставки и типом проката (листовой, сортовой или фасонный).
Схема отбора проб у конструкций круглого, квадратного, прямоугольного и других профилей. Регламент распространяется на широкополосный и листовой прокат.
Минимальное расстояние от концов изделия до места взятия пробы.

Перед работой контрольные образцы маркируют. Минимальное количество проб указано в регламентах на соответствующий вид испытаний.

Положительные и отрицательные результаты записывают в журнале и протоколах.

Испытание на механическое старение металла

ГОСТ 6996-66
(ИСО 4136-89,
ИСО 5173-81,
ИСО 5177-81)

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Welded joints. Methods of mechanical properties determination

МКС 25.160.40
ОКСТУ 0909

Дата введения 1967-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Академией наук УССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР 03.03.66 N 4736

Изменение N 4 принято Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 3 от 17.02.93)

За принятие изменения проголосовали национальные органы по стандартизации следующих государств: AZ, AM, BY, GE, KZ, MD, RU, TM, UZ, UA [коды альфа-2 по МК (ИСО 3166) 004]

4. Стандарт полностью соответствует ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

3.6, 4.4, 8.2, 8.4, 8.7, 8.8, 8.9

Настоящий стандарт устанавливает методы определения механических свойств сварного соединения в целом и его отдельных участков, а также наплавленного металла при всех видах сварки металлов и их сплавов.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1. ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Стандарт устанавливает методы определения механических свойств при следующих видах испытаний:

а) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на статическое (кратковременное) растяжение;

б) испытании металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла на ударный изгиб (на надрезанных образцах);

в) испытании металла различных участков сварного соединения на стойкость против механического старения;

г) измерении твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла;

д) испытании сварного соединения на статическое растяжение;

е) испытании сварного соединения на статический изгиб (загиб);

ж) испытании сварного соединения на ударный разрыв.

1.2. Стандарт распространяется на испытания, проводимые при определении качества продукции и сварочных материалов, пригодности способов и режимов сварки, при установлении квалификации сварщиков и показателей свариваемости металлов и сплавов.

1.3. Виды испытаний, типы образца и применение метода предусматривается в стандартах и технических условиях на продукцию, устанавливающих технические требования на нее.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

1.4. Допускается применять образцы и методы испытаний по международным стандартам ИСО 4136, ИСО 5173, ИСО 5177, приведенным в приложениях 1, 2, 3.

(Введен дополнительно, Изм. N 4).

2. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

2.1. Образцы для испытаний отбирают из проб, вырезанных непосредственно из контролируемой конструкции или от специально сваренных для проведения испытаний контрольных соединений.

2.2. Если форма сварного соединения исключает возможность изготовления образцов данного типа (детали сложной конфигурации, трубы и др.), то образцы могут быть отобраны от специально сваренных плоских контрольных соединений.

2.3. При выполнении контрольных соединений характер подготовки под сварку, марка и толщина основного металла, марки сварочных материалов, положение шва в пространстве, начальная температура основного металла, режим сварки и термической обработки должны полностью отвечать условиям изготовления контролируемого изделия или особому назначению испытания.

Сварку контрольных соединений, предназначенных для испытания сварочных материалов (электродов, сварочных проволок, присадочных прутков, флюсов и др.), если нет специальных требований, производят с остыванием между наложением отдельных слоев. Температура, до которой должен остывать металл, устанавливается стандартом или другой технической документацией.

(Измененная редакция, Изм. N 2, 3).

2.4. Размеры пластин для изготовления контрольных соединений определяются требованиями, указанными ниже.

2.4.1. Для контрольных соединений, выполняемых дуговой, электрошлаковой и газовой сваркой из плоских элементов, ширина каждой свариваемой пластины, если нет иных указаний в стандартах или другой технической документации, должна быть не менее:

1. ОТБОР ПРОБ

1.1. Отбор проб - по ГОСТ 7564-97, если в нормативно-технической документации на металлопродукцию не имеется других указаний.

Для определения показателя склонности к механическому старению из проб вырезают две заготовки: одну - для проведения деформации и изготовления образцов в деформированном состоянии, вторую - для изготовления образцов в исходном состоянии.

Если в нормативно-технической документации на металлопродукцию не оговорено определение показателя склонности к механическому старению, то вырезают только одну заготовку.

1.2. Из проката номинальной толщиной 12 мм и более вырезают заготовки размером 12 ´ 12 мм и длиной не менее 250 мм, из проката номинальной толщиной менее 12 мм - размером а ´ 12 мм и длиной не менее 250 мм (а - фактическая толщина проката).

Допускается также вырезка заготовок размером 12 ´ 30 мм или а ´ 30 мм и длиной не менее 250 мм.

Заготовки, вырезанные из проката номинальной толщиной более 12 мм, должны иметь одну прокатанную поверхность (кроме заготовок, вырезанных из листа толщиной более 40 мм и из сортового проката).

Заготовки, вырезанные из проката толщиной 12 мм и менее, должны сохранять обе прокатанные поверхности.

Примечани е. При номинальной толщине проката более 12 мм допускается проведение деформации на заготовках с двумя необработанными прокатанными поверхностями.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.3. Тип образца для испытаний на ударный изгиб указывается в нормативно-технической документации на металлопродукцию. Если такие указания отсутствуют, то, в зависимости от толщины проката, испытания проводят на образцах типа 1, 2 или 3 по ГОСТ 9454-78.

При толщине деформированной заготовки менее 5 мм образец изготовляют с двумя прокатанными поверхностями при толщине образца, равной толщине деформированной заготовки.

1.4. Количество образцов для испытаний на ударный изгиб после старения устанавливают в нормативно-технической документации на металлопродукцию. Если указания отсутствуют, то испытание должно быть проведено не менее чем на трех образцах.

При определении показателя склонности стали к механическому старению (п. 5.2) испытание проводится не менее чем на шести образцах: трех - в исходном состоянии и трех - после старения.

Образцы должны быть одного типа по ГОСТ 9454-78.

2. АППАРАТУРА

2.1. Разрывные и универсальные испытательные машины и прессы для деформации заготовок должны соответствовать требованиям ГОСТ 28840-90.

2.2. Нагревательное устройство должно обеспечивать равномерный нагрев образцов до установленной температуры старения и поддержание постоянства температуры в течение необходимого времени выдержки.

2.3. Термоэлектрические преобразователи первичные (термопары) должны соответствовать требованиям ГОСТ 6616-94, ГОСТ 3044-84 * .

* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 8.585-2001.

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

2.5. При разногласиях в оценке качества металла применяют устройство с автоматической записью температуры.

Разд. 2. (Измененная редакция, Изм. № 1).

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Заготовку с нанесенной на ней расчетной длиной 120, 160 мм или более подвергают деформации растяжением из расчета получения (10 ± 0,5) % остаточного удлинения

Расстояние от захвата машины до начала расчетной длины заготовки должно составлять не менее 10 мм.

При наличии в нормативно-технической документации на металлопродукцию указаний допускается проведение деформации сжатием заготовок образцов для испытаний на ударный изгиб по толщине (b) размером b ´ 12 ´ 57 мм. При этом остаточная деформация после сжатия должна составлять (7 ± 0,7) %.

Допускаются и другие степени деформации, если это оговорено в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

3.2. Деформацию заготовок проводят при температуре

3.3. Из заготовки, подвергнутой деформации, изготовляют образцы для испытаний на ударный изгиб в соответствии с ГОСТ 9454-78.

Место вырезки заготовок для образцов, подвергнутых деформации растяжением, должно находится в пределах расчетной длины деформированной заготовки.

3.4. Образцы для испытаний на ударный изгиб, изготовленные из предварительно деформированной заготовки, подвергают нагреву (искусственному старению) при температуре (250 ± 10) °С с выдержкой 1 ч при этой температуре и с последующим охлаждением на воздухе, если в нормативно-технической документации на металлопродукцию не имеется других указаний.

Допускается искусственное старение проводить на предварительно деформированных заготовках.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Испытание на ударный изгиб - по ГОСТ 9454-78.

4.2. Температура испытания указывается в нормативно-технической документации на металлопродукцию. При отсутствии таких указаний испытание проводится при температуре

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Работа удара или ударная вязкость вычисляется по ГОСТ 9454-78.

где КС - среднее арифметическое значение ударной вязкости стали в исходном состоянии, Дж/см 2 ;

КСА - среднее арифметическое значение ударной вязкости стали после старения, Дж/см 2 .

5.3. Сравнению подлежат только те результаты испытаний, которые получены при одном и том же способе деформации заготовок на одинаковых типах образцов.

6. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ

В протоколе испытания указывают:

тип и размеры образца;

способ проведения деформации;

температуру нагрева и время выдержки при старении образца, если они отличаются от установленных в настоящем стандарте;

величину работы удара или ударной вязкости после старения;

величину показателя склонности стали к механическому старению, если она нормируется в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

СТАЛЬ

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ К МЕХАНИЧЕСКОМУ СТАРЕНИЮ ПО ИСПЫТАНИЮ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва

Steel. Method for determination of ability to mechanical ageing by impact bend testing

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 3 сентября 1982 г. № 3519 дата введения установлена

Ограничение срока действия снято по протоколу № 4—93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 4—94)

Настоящий стандарт устанавливает метод определения склонности к механическому старению по испытанию на ударный изгиб листового и полосового проката номинальной толщиной не менее 5 мм, а также фасонного и сортового проката.

Метод состоит в определении работы удара или ударной вязкости стали, подвергнутой холодной пластической деформации и искусственному старению, или в сравнении этих величин с работой удара или ударной вязкостью стали в исходном состоянии с определением показателя склонности к старению.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1957—79.

1.1. Отбор проб — по ГОСТ 7564—97, если в нормативно-технической документации на металлопродукцию не имеется других указаний.

Для определения показателя склонности к механическому старению из проб вырезают две заготовки: одну — для проведения деформации и изготовления образцов в деформированном состоянии, вторую — для изготовления образцов в исходном состоянии.

1.2. Из проката номинальной толщиной 12 мм и более вырезают заготовки размером 12 х 12 мм и длиной не менее 250 мм, из проката номинальной толщиной менее 12 мм — размером а х 12 мм и длиной не менее 250 мм (а — фактическая толщина проката).

Допускается также вырезка заготовок размером 12 х 30 мм или ах 30 мм и длиной не менее 250 мм.

Примечание. При номинальной толщине проката более 12 мм допускается проведение деформации на заготовках с двумя необработанными прокатанными поверхностями.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

Издание^ официальное Перепечатка воспрещена

* Издание (февраль 2002 г.) с Изменением № 1, утвержденным в ноябре 1986 г. (ИУС 2—87).

При определении показателя склонности стали к механическому старению (п. 5.2) испытание проводится не менее чем на шести образцах: трех — в исходном состоянии и трех — после старения.

Образцы должны быть одного типа по ГОСТ 9454—78.

2. АППАРАТУРА

2.1. Разрывные и универсальные испытательные машины и прессы для деформации заготовок должны соответствовать требованиям ГОСТ 28840—90.

2.3. Термоэлектрические преобразователи первичные (термопары) должны соответствовать требованиям ГОСТ 6616—94, ГОСТ 3044—84*.

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

2.6. Маятниковый копер должен соответствовать ГОСТ 10708—82.

Разд. 2. (Измененная редакция, Изм. № 1).

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Заготовку с нанесенной на ней расчетной длиной 120, 160 мм или более подвергают деформации растяжением из расчета получения (10 + 0,5) % остаточного удлинения

При наличии в нормативно-технической документации на металлопродукцию указаний допускается проведение деформации сжатием заготовок образцов для испытаний на ударный изгиб по толщине (Ь) размером b х 12 х 57 мм. При этом остаточная деформация после сжатия должна составлять (7 +0,7) %.

3.2. Деформацию заготовок проводят при температуре (20l|>j) °С.

3.3. Из заготовки, подвергнутой деформации, изготовляют образцы для испытаний на ударный изгиб в соответствии с ГОСТ 9454—78.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Испытание на ударный изгиб — по ГОСТ 9454—78.

4.2. Температура испытания указывается в нормативно-технической документации на металлопродукцию. При отсутствии таких указаний испытание проводится при температуре (201> о) °С.

* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 8.585—2001.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. Работа удара или ударная вязкость вычисляется по ГОСТ 9454—78.

5.2. Показатель склонности стали к механическому старению (Q в процентах вычисляется по формуле

где КС — среднее арифметическое значение ударной вязкости стали в исходном состоянии,Дж/см 2 ; КСА — среднее арифметическое значение ударной вязкости стали после старения,Дж/см 2 .

6. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ

В протоколе испытания указывают: маркировку образца; тип и размеры образца; способ проведения деформации; степень деформации;

Редактор Л.ИНахимова Технический редактор Н. С.Гришанова Корректор В.И.Кануркина Компьютерная верстка А.И. Золотаревой

Изд. лиц. № 02354 от 14.07.2000 Подписано в печать 26.02.2002. Усл.печл. 0,47. Уч.-изд.л. 0,32.

Тираж 149 экз. С 4567. Зак. 231.

ИПК Издательство стандартов, 107076 Москва, Колодезный пер., 14 e-mail: Набрано в Издательстве на ПЭВМ

Филиал ИПК Издательство стандартов — тип. “Московский печатник”, 103062 Москва, Лялин пер., 6

Читайте также: