ГОСТ 25.505-85

ГОСТ 25.505-85 Розрахунки та випробування на міцність. Методи механічних випробувань металів. Метод випробувань на малоциклову втому при термомеханічному навантаженні

ГОСТ 25.505-85

Група В09

МІЖДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ

Розрахунки та випробування на міцність

МЕТОДИ МЕХАНІЧНИХ ВИПРОБУВАНЬ МЕТАЛІВ

Метод випробувань на малоциклову втому при термомеханічному навантаженні

Design, calculation and strength testing. Методи механічного тестування металів. Метод випробування на низькому cycle tatigue at heat mechanical loading

МКС 77.040.10
ОКСТУ 0809

Дата введення 1986-01-01

Постановою Державного комітету СРСР за стандартами від 22 березня 1985 р. N 686 дату запровадження встановлено 01.01.86

Обмеження терміну дії знято за протоколом N 5-94 Міждержавної ради зі стандартизації, метролонії та сертифікації (ІУС 11-12-94)

ПЕРЕВИДАННЯ


Цей стандарт встановлює методи випробувань на втому металів і сплавів при простих видах деформування (розтягування — стиск) у малоцикловій пружнопластичній області до 10 циклів при малоциклових термомеханічних навантажень в умовах підвищених температур до 1100 ° C на повітрі.

Як основні прийняті методи випробування при незалежному навантаженні та нагріванні (термомеханічна втома), а також при навантаженні стисненням теплових деформацій (термовтома).

Сутність методів полягає в отриманні основних розрахункових характеристик та механічних властивостей опору термомеханічного деформування та руйнування на стадії навантаження до утворення макротріщин.

Стандарт не поширюється на випробування матеріалів при опроміненні, в умовах агресивних середовищ, у вакуумі, а також елементів конструкцій (деталів, моделей, вузлів, зварних, заклепувальних, пресових та інших сполук).

Терміни, що застосовуються у стандарті, - за ГОСТ 23207-78 . Пояснення до термінів наведено у додатку 1.

1. ФОРМА І РОЗМІРИ ЗРАЗКІВ

1.1. Основними типами зразків для випробувань при термомеханічному та термовтомному навантаженні в умовах розтягування - стиснення є гладкі зразки з робочою частиною круглого перерізу:

трубчасті циліндричні (чорт.1 а , табл.1),

суцільні циліндричні (черт.1 б , табл.2),

трубчасті корсетні (чорт.1 , табл.3),

суцільні корсетні (чорт.1 г , табл.4).

чорт.1. Робоча частина зразків

Робоча частина зразків

Чорт.1

Таблиця 1

Таблиця 2

Таблиця 3

Таблиця 4

1.2. Основний тип зразка для випробування при змінному крученні - трубчастий циліндричний зразок (черт.1 а , табл.1 при мм).

1.3. Дозволяється, за необхідності, застосовувати геометрично подібні зразки інших розмірів. При цьому діаметр робочої частини зразка на розтягування - стиск має бути не менше 5 мм, на кручення - не менше 18 мм.

1.4. При схильності циліндричних зразків до втрати стійкості, зміни форми або руйнування в перехідних зонах рекомендується використовувати корсетні зразки. Допускається також застосовувати циліндричні зразки з укороченою робочою частиною ( =2-5, чорт.1 б ).

1.5. Форма та розміри головок зразків залежать від способу їх кріплення у захватах випробувальних машин.

1.6. Діаметр перехідної частини зразка вибирають з урахуванням досягнення мінімальної концентрації напруг та деформацій у перехідних зонах.

1.7. Дозволяється застосовувати зразки з наварюваними і привареними головками при виготовленні їх з деталей або конструктивних елементів.

1.8. Зразки виготовляються відповідно до ГОСТ 25.502-79. Для трубчастого зразка допуск співвісності зовнішньої та внутрішньої циліндричних поверхонь робочої частини призначається за 7-м ступенем точності (ГОСТ 24643-81).

2. ВИПРОБУВАЛЬНІ МАШИНИ ТА АПАРАТУРА

2.1. Машини та апаратура для випробувань при малоцикловому термомеханічному навантаженні, що забезпечують проведення статичних випробувань на розрив, повинні відповідати вимогам ГОСТ 9651–84 та ГОСТ 28840–90 та відтворювати навантаження (деформування) та нагрівання у таких умовах:

сталість від циклу до циклу максимальних та мінімальних навантажень (м'яке навантаження), деформацій (жорстке навантаження) та температури протягом всього процесу випробувань (чорт.2, а-г );

заданий закон зміни навантажень, деформацій і температури в циклі, у тому числі лінійний (чорт.2, а-г , чорт.3, а-г ), з витримками і без витримок (чорт.2, д-з ) і за різної асиметрії циклу (чорт.2, б, г ) в діапазоні частот, що дозволяє досліджувати ефекти тривалого та короткочасного циклічного навантаження;

синхронізований з режимом навантаження нагрів за заданою програмою, у тому числі незалежною від програми навантаження з різною фазою циклів навантаження та нагріву (чорт.3, а-г );

статичне навантаження із заданими швидкостями деформування та навантаження при заданому температурному режимі.

Чорт.2. Режими навантаження

Режими навантаження

Чорт.2

Чорт.3. Приклади зміни напруг (деформацій) та температури при термомеханічному навантаженні

Приклади зміни напруг (деформацій) та температури при термомеханічному навантаженні

Чорт.3

2.2. Машини для випробувань на термічну втому повинні мати жорсткість, що варіюється, в межах 60-300 кН/мм.

2.3. Допустимі похибки реєстрації навантажень і деформацій у часі повинні відповідати ГОСТ 25.502-79.

2.4. Для вимірювання деформацій використовують оптичні, тензометричні та інші засоби контактного та безконтактного типу. У випробуваннях при розтягуванні - стиску допускається вимірювати одну компоненту деформації - поздовжню або поперечну. Перерахунок останньої у поздовжню виконують відповідно до п. 3.9.

2.5. Вибір бази та способу вимірювання деформацій визначається вимогами пп.2.9 та 2.10 до рівномірності нагріву та типом використовуваного зразка. Для зразків корсетного типу вимірюють поперечну деформацію.

2.6. При руйнуванні зразка поза базою вимірювання деформації необхідно забезпечити вимоги пп.2.9 та 2.10 щодо відповідності умов нагрівання зразка на базі вимірювання деформацій та у зоні утворення руйнування.

2.7. Для реєстрації деформацій та навантажень у часі та за кількістю циклів використовуються автоматичні самописні прилади. Запис діаграм деформування, за винятком у відповідних випадках вільної температурної деформації зразка, провадиться з використанням двокоординатних приладів та інших засобів автоматичної реєстрації.

Для виключення вільної температурної деформації зразка використовують системи автоматичної компенсації фотоелектричного, ємнісного та інших типів, що дозволяють виділити для запису та управління режимом навантаження власне механічну деформацію.

2.8. Для нагрівання зразків використовують нагрівальні печі опору, лампові нагрівачі, стрижневі нагрівачі з тугоплавких і жароміцних матеріалів, безпосередньо пропускання струму через зразок, індукційний спосіб (струмами високої частоти, наведеними у зразку) та ін.

похибка вимірювань, реєстрації та підтримання температур не повинна перевищувати ±1,0% заданого максимального значення температури протягом усього процесу випробувань;

вимірювання та реєстрація температури здійснюється протягом усього процесу випробувань за допомогою автоматичних вимірювальних приладів;

температура робочої зони зразка вимірюється контактним (термопарним) або безконтактним (пірометричним) методом;

діаметр термоелектродів (термоперетворювачів) слід підбирати так, щоб досягти стабільних характеристик термопари за високих температур і уникнути надмірної інерційності. Рекомендується діаметр термоелектродів трохи більше 0,2 мм;

охолодження зразка може бути природним або примусовим за рахунок теплопровідності від зразка до системи теплознімання, а також продування повітрям або газом.

2.9. Нерівномірність розподілу температури на базі вимірювання деформацій, а також відмінність максимальної температури в цій зоні та у зоні утворення руйнування зразка не повинні перевищувати 1% максимальної температури.

2.10. Поздовжній перепад температур у зонах вимірювання деформацій та утворення руйнування на довжині не менше діаметра зразка не повинен перевищувати 3°/мм; поперечний перепад у зазначених зонах повинен перевищувати 1°/ мм.

2.11. Допускається нанесення на зразку кернів, рисок, приварювання термопар, якщо при випробуваннях це не призводить до переважного руйнування зразка в цих зонах.

3. ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ

3.1. Основним видом випробувань на малоциклову втому при термомеханічному навантаженні є розтяг - стиск, основним типом навантаження - жорстке навантаження.

3.2. Форму циклу навантаження та нагріву вибирають з урахуванням експлуатаційних умов, причому максимальна тривалість випробування має бути не менше ніж 10% експлуатаційного тимчасового ресурсу. При неможливості виконання цієї умови тривалість випробування скорочується застосуванням обґрунтованих методів еквівалентних циклічних випробувань та екстраполяції результатів на потрібну тривалість.

3.3. У необхідних випадках досліджують можливість поєднання режимів навантаження і нагріву, що дає найбільший ефект, що пошкоджує, при термомеханічному малоцикловому навантаженні. При цьому визначають ефекти знака напруги при високотемпературній витримці (чорт.2, д-е ) і роль фази циклів навантаження і нагріву (чорт.3, а-г ). Допускається проводити випробування за іншими режимами, наприклад, з різною варіюється в напівциклах розтягування і стиснення швидкістю деформування, при зміні ступінчастої температури в циклі при переході від розтягування до стиснення і ін.

3.4. Випробування проводять за робочих температур реального експлуатаційного режиму, у необхідних випадках — з варіюванням максимальної та мінімальної температури циклу. Варіація визначається типом матеріалу, можливою величиною закидання температури та нерівномірністю температурного поля при експлуатації.

3.5. Допускається проведення випробувань із перервами. При цьому необхідна оцінка можливого впливу перерв, що визначається характеристикою матеріалу.
____________________
* Текст відповідає оригіналу. - Примітка виробника бази даних.

3.6. Випробування проводять до моменту утворення поверхневої тріщини розміром 5% - 10% діаметра зразка (для зразка =10 мм розмір тріщини 0,5-1,0 мм), яка визначається за допомогою оптичного методу або іншими способами.

Допускається проводити випробування до остаточного руйнування без фіксації появи тріщини, коли стадія розповсюдження тріщини на заданому режимі вбирається у 10% загальної довговічності.

При проведенні випробувань у жорсткому режимі навантаження допускається як наближена оцінка приймати число циклів до появи макротріщини рівним числу циклів, відповідного падіння напруг (навантаження) в циклі на 50% порівняно з значенням, що встановилося.

3.7. Кількість зразків, що підлягають випробуванню, визначається залежно від результатів дисперсії. Для побудови кривої втоми використовується щонайменше 10−12 залікових результатів різних рівнях (щонайменше чотирьох рівнів).

При необхідності визначити статистичні характеристики розсіювання значення довговічності на кожному рівні навантаження випробовують 10-12 зразків і визначають значення , дисперсії .

3.8. Для дослідження кінетики пружнопластичного деформування здійснюється поцикловий запис діаграм деформування ( ) з компенсацією температурної деформації.

Періодичність запису параметрів навантаження та нагріву визначається в залежності від інтенсивності зміни температурних, деформаційних та силових характеристик у процесі навантаження (рекомендується проводити реєстрацію, наприклад, у циклах 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 7500, 10000, 12500, 15000, 050

3.9. Якщо у випробуваннях при розтягуванні - стисканні вимірюють поперечну деформацію зразка, то перерахунок її в поздовжню для ізотропних матеріалів виконують за формулою

,

де і — пластична та пружна компоненти поперечної деформації; і - Коефіцієнти поперечної деформації в пластичній та пружній області. За відсутності відповідних експериментальних даних можна прийняти

, .

У тих випадках, коли поділ повної поперечної деформації на пружну та пластичну утруднено, перерахунок можна проводити, використовуючи співвідношення

,

де - Повна поперечна деформація.

3.10. Результати випробувань виключаються з подальшого розгляду:

при руйнуванні зразка за межами його робочої частини чи втрати стійкості;

при дефектах матеріалу типу раковин, включень та ін, виявлених у зламі;

при значній зміні форми в зоні руйнування зразка у разі жорсткого або термоутомленого навантаження, коли односторонньо накопичена деформація становить більше 0,1 величини пластичності матеріалу при розтягуванні, отриманої у відповідних температурно-часових умовах;

при невиконанні умов точності завдання граничних температур і параметрів циклу навантаження або у разі перегріву.

3.11. Допускається під час проведення випробувань у сфері великих тимчасових баз (понад 10 ч) застосовувати відмінні від рекомендованих способи навантаження та типи зразків, а також визначати параметри навантаження розрахунковими методами.

4. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ

4.1. За результатами випробувань на термомеханічну та термічну втому будують:

криві втоми за параметрами:

фази циклів навантаження та нагріву,

максимальної та мінімальної температури циклу,

частоти навантаження,

тривалості одно- та двосторонньої витримки,

асиметрії циклу навантаження за напругою та деформаціям ;

криві зміни деформацій та напруги у часі та за кількістю циклів, а також діаграми пружнопластичного деформування та визначають їх параметри.

4.2. Вихідні дані та результати випробувань кожного зразка фіксують у протоколі випробування (додаток 2), а результати випробування серії однакових зразків – у зведеному протоколі випробувань (додаток 3).

4.3. Криві втоми при жорсткому навантаженні будують у подвійних логарифмічних координатах: амплітуда (розмах) повної , пластичної , пружною незворотній деформації - число циклів до утворення тріщини .

4.4. Амплітуду (розмах) деформацій визначають за числа циклів інтерполяцією виміряних значень у циклах, найближчих до .

4.5. Криві втоми при м'якому навантаженні будують у напівлогарифмічних або подвійних логарифмічних координатах: амплітуда (розмах) напруг - Число циклів до утворення тріщини .

4.6. Криві втоми будують методом графічного інтерполювання експериментальних результатів чи способом найменших квадратів.

4.7. Криві зміни за кількістю циклів та в часі ширини петлі пружнопластичної гістерези, циклічних та односторонньо накопичених деформацій повзучості, пластичної та незворотної деформації відповідно , , , , та напруг і будують у напівлогарифмічних та подвійних логарифмічних координатах

.

4.8. Діаграми деформування при початковому статичному та циклічному термомеханічному малоцикловому навантаженні будують у координатах і за параметрами прийнятих у випробуваннях режимів навантаження та нагріву.

4.9. Як допоміжну характеристику в процесі неізотермічних випробувань отримують дані про термічне розширення вільного зразка в залежності від температури нагрівання.

4.10. Способи графічного представлення одержуваних характеристик - за ГОСТ 25.502-79.

ДОДАТОК 1 (обов'язковий). ПОЯСНЕННЯ ДО ТЕРМІН, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ У СТАНДАРТІ

ДОДАТОК 1
Обов'язкове

Малоциклова втома при термомеханічному навантаженні - руйнація в результаті циклічного пружнопластичного деформування, що супроводжується зміною температури.

Малоциклова термічна втома - окремий випадок малоциклової термомеханічної втоми, при якому навантаження зумовлено стисненням теплових деформацій при циклічному нагріванні - охолодженні.

Тривале малоциклове навантаження — малоциклове навантаження при тривалості циклу і сумарних часах, достатніх прояви температурно-часових ефектів (повзучість, достарювання матеріалу тощо. п. ).

Короткочасне малоциклове навантаження - малоциклове навантаження при тривалості циклу та сумарних часах, що виключають прояв температурно-часових ефектів.

- Температура зразка, ° С або К;

- максимальна температура циклу;

- Мінімальна температура циклу;

- Розмах температури циклу;

- Відносне звуження площі поперечного перерізу зразка при статичному розтягуванні, %;

% - Розташована пластичність матеріалу, %;

- межа пружності, яка визначається при кімнатній температурі;

- Деформація, що відповідає межі пружності;

- Амплітуда напруги циклу;

2 - Розмах напруг циклу;

, — максимальна та мінімальна напруга циклу;

- напруги в -м напівциклі при відліку відповідно від точок переходу через нуль та початку розвантаження;

- Середня напруга циклу;

, - межа пружності -го напівциклу при відліку відповідно від точок переходу через нуль та початку розвантаження;

- Коефіцієнт асиметрії циклу по напругам;

- Амплітуда повної деформації циклу;

, , , - амплітуда деформації циклу відповідно пружної, пластичної, повзучості та незворотної;

2 , 2 , 2 , 2 , 2 - Розмахи вищевказаних деформацій циклу;

- Повна деформація в -м напівциклі навантаження;

, , - відповідно деформація повзучості, пластична та необоротна деформації, накопичені після -го напівциклу навантаження;

, , - відповідно деформація повзучості, пластична та оборотна деформації, накопичені на момент утворення макротріщини;

, - відповідно максимальна та мінімальна повна деформація циклу;

- Середня деформація циклу;

- Коефіцієнт асиметрії циклу за деформаціями;

- Число напівциклів ( =0, 1, 2, 3, …10, 20, 30, 100, 200, 300…);

- Число циклів до утворення макротріщини;

- Число циклів навантаження;

- загальний час навантаження, год;

- Деформація в -м напівциклі при відліку від початку розвантаження або точки переходу через нуль за напругою;

- Ширина петлі гістерезису -го напівциклу;

- Час циклу;

- Частота навантаження;

- Час витримки;

- Час нагріву;

- Час охолодження;

- модуль пружності.

Прийнята система координат діаграм деформування при статичному та циклічному навантаженні показана на кресленні.

Основні параметри діаграми циліндричного деформування

ДОДАТОК 2 (рекомендований). ПРОТОКОЛ ВИПРОБУВАННЯ ЗРАЗКУ (ДОДАТОК ДО ЗВІДНОГО ПРОТОКОЛУ)

ДОДАТОК 2
Рекомендоване

ПРОТОКОЛ N___
випробування зразка (додаток до зведеного протоколу N____)

Обробка петель гістерезису

ДОДАТОК 3 (рекомендований). ЗВІДНИЙ ПРОТОКОЛ

ДОДАТОК 3
Рекомендоване

ЗВІДНИЙ ПРОТОКОЛ N_____