МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Обеспечение
износостойкости изделий
Метод
определения энергоемкости при пластической деформации материалов
Ensuring of wear resistance of products. Determination of
energy-consumption
while plastic deformation of materials
|
ГОСТ
23.218-84
|
Постановлением Государственного комитета СССР
по стандартам от 27 апреля 1984 г. № 1499 дата введения установлена
01.01.86
Настоящий стандарт устанавливает
метод определения энергоемкости металлических материалов и сплавов при испытании
образцов на растяжение.
Стандарт не распространяется на
металлические покрытия и композиции на металлической основе, имеющие
анизотропию свойств материала по сечению образца от поверхности к центру,
например, стали, подвергнутые поверхностному упрочнению (цементации,
азотированию, борированию и т.д.).
Сущность метода состоит в
растяжении цилиндрического образца из исследуемого материала и определении
количества энергии, поглощенной единицей объема материала образца при
пластической деформации до разрушения.
Обозначения показателей,
принятые в стандарте, приведены в приложении 1.
Энергоемкость материалов
используют для оценки износостойкости деталей при абразивном изнашивании без
проведения испытаний (см. приложение 2).
1.
АППАРАТУРА И ОБРАЗЦЫ
1.1. Испытания образцов на
растяжение проводят на машинах любых типов при условии их соответствия
требованиям ГОСТ 1497-84.
Форма, размеры образцов и
требования к их изготовлению - по ГОСТ 1497-84.
Примечание. Для одной серии испытаний технология изготовления образцов
должна быть одинаковой.
1.2. Нанесение на образцах
меток, определяющих размеры базы и отпечатков для измерения деформации
образцов, а также размеров отпечатков, проводят на приборах для определения
твердости методом Виккерса по ГОСТ
2999-75,
оснащенных координатным столиком (приложение 3). Метки не должны вызывать при последующих испытаниях
разрыв образцов в местах их нанесения.
2.
ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ
2.1. Образцы маркируют номером
партии или условным индексом вне рабочей части lр (черт. 1).
Черт. 1
2.2. Шероховатость рабочей поверхности
испытуемого образца Ra не
должна быть более 0,32 мкм по ГОСТ
2789-73.
2.3. Измеряют диаметр рабочей
части образца d0 с
погрешностью не более 0,1 мм по ГОСТ 1497-84. По результатам измерений определяют
начальную площадь поперечного сечения образца в рабочей части A0, м2, и заносят в протокол
испытаний (приложение 4).
2.4. Установленную по ГОСТ
1497-84
начальную расчетную длину l0
ограничивают метками с погрешностью не более 1 мм (см. черт. 1).
2.5. По всей начальной
расчетной длине образца наносят через (1 ± 0,1) мм прямоугольные отпечатки
алмазной пирамидой по ГОСТ
2999-75 под
нагрузкой 50 Н для материалов твердостью не более 200 HV, под нагрузкой 100 Н для материалов
твердостью выше 200 HV. Одну
из диагоналей отпечатка при этом ориентируют вдоль линии действия растягивающей
нагрузки.
2.6. Измеряют диагонали
отпечатков, ориентированные вдоль линии действия растягивающей нагрузки, с
погрешностью по ГОСТ
2999-75,
определяют среднеарифметическое значение и заносят в протокол испытаний.
3.
ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
3.1. Условия нагружения образца
- по ГОСТ 1497-84.
Примечание. При наличии в технической документации указаний на
условия нагружения в протоколах испытаний должна быть указана скорость перемещения
подвижного захвата испытательной машины.
3.2. При испытаниях непрерывно
регистрируют усилие на образце и его деформацию до разрушения. Типичный вид
диаграммы растяжения «усилие - деформация» для стали приведен на черт. 2.
Примечание. Образцы, которые в процессе испытаний разрушаются
за пределами рабочей части (см. черт. 1) или у которых в процессе
испытаний обнаруживают дефекты (внутренние трещины, расслоения и т.п.),
бракуют.
ОС - прямолинейный участок диаграммы растяжения; ВK
- линия условной разгрузки образца в начале образования шейки; SM - линия условной разгрузки образца в момент
разрушения; А1 - площадь участка диаграммы, соответствующего
деформации образца от начала нагружения до начала образования шейки (1 этап
нагружения), мм2; А2 - площадь участка диаграммы,
соответствующего деформации образца от начала образования шейки до разрушения
(2 этап нагружения), мм2; F - максимальное усилие на образце, Н; BL - отрезок, соответствующий максимальному усилию на
образце, мм; Dl - приращение
начальной расчетной длины образца - суммарная деформация образца,
соответствующая точке S диаграммы,
м; ОМ - отрезок, соответствующий суммарной деформации образца, мм
Черт. 2
3.3. Количество повторных
испытаний должно быть не менее трех.
4.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Площадь под диаграммой
растяжения образца делят на участки. Из точек В и S диаграммы проводят линии
условной разгрузки образца BK||СО
и SM||СО
(см. черт. 2). Принимают в качестве 1 этапа нагружения
участок диаграммы ОСВ, площадь Al = AOCBK; 2 этапа нагружения - участок диаграммы BS, площадь А2
= AKBSM.
4.2. Определяют площади
участков диаграммы А1, А2, мм2,
с погрешностью не более 10 мм2 (см. черт. 2).
4.3. Измеряют коническую
расчетную длину образца lк (после испытания) в метрах с
погрешностью не более 1 % измеряемой величины (ГОСТ 1497-84) и вычисляют приращение начальной расчетной
длины по формуле
Dl = lк - l0.
4.4. Вычисляют масштаб оси
усилий mF, Н × мм-1,
и масштаб оси деформаций mDl, м × мм-1,
по формулам:
где Fmax - максимальное усилие на образце, Н;
BL - ордината точки В
диаграммы, мм;
где Dl - приращение начальной расчетной длины
образца, м;
ОМ - отрезок на оси деформаций, соответствующий
приращению начальной расчетной длины образца, мм.
4.5. Вычисляют энергии
пластической деформации Е1, E2, Дж,
поглощенные материалом на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
E1 = A1
× mF × mDl,
E2 = A2
× mF × mDl.
4.6. Измеряют диагонали отпечатков,
ориентированные вдоль линии действия растягивающей нагрузки в соответствии с п.
2.6, и вычисляют деформации материала по формуле
где D0, D1i - длина ориентированной вдоль линии действия растягивающей нагрузки
диагонали отпечатка до и после испытания, м;
i - номер отпечатка.
4.7. По результатам определения
di в соответствии с п. 4.6 строят график распределения деформации по
начальной расчетной длине образца. Типичный вид графика распределения
деформаций по длине образца для стали приведен на черт. 3.
4.8. Определяют (черт. 3): максимальную относительную деформацию
образца на 1 этапе нагружения d1max; предельную относительную
деформацию образца на 2 этапе нагружения - ресурс пластичности металла dmax, длину образца, участвующую
в деформации на 1 этапе нагружения l1, м, и длину образца,
участвующую в деформации на 2 этапе нагружения l2, м.
Примечание. Для большинства металлов l1 ограничено l0.
4.9. По графику распределения
деформаций (см. черт. 3) вычисляют l1 и l2,
м, и по диаграмме растяжения (см. черт. 2)
вычисляют Dl1 и Dl2, м.
Черт. 3
4.10. Вычисляют среднюю
относительную деформацию образца на 1 этапе нагружения d1 и среднюю
относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения d2 по
формулам:
где Dl1 = OK × mDl, м.
где Dl2 = KM × mDl, м.
4.11. Вычисляют объемы образца V1 и V2, м3,
участвующие в деформации на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
V1 = l1
× A0,
V2 = l2
× A0,
где A0 - начальная площадь поперечного сечения, определенная в соответствии с
п. 2.3,
м2.
4.12. Энергоемкость Еп.д,
Дж × м-3,
при пластической деформации материала вычисляют по формуле
4.13. Полученные в пп. 4.2 - 4.12 характеристики
заносятся в протокол испытаний (приложение 4). За результат испытаний принимают
среднеарифметическое значение результатов не менее трех повторных испытаний.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
ОБОЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ПРИНЯТЫЕ В СТАНДАРТЕ
Наименование показателя
|
Обозначение
|
Номер чертежа
|
Основные
показатели
|
|
|
1. Рабочая
длина образца, м
|
lp
|
1
|
2. Начальная
расчетная длина образца, м
|
l0
|
1
|
3. Конечная
расчетная длина образца (после испытаний), м
|
lк
|
-
|
4. Начальный
диаметр в рабочей части образца, м
|
d0
|
1
|
5. Начальная
площадь поперечного сечения в рабочей части образца, м2
|
A0
|
-
|
6. Максимальное
усилие на образце, Н
|
Fmax
|
2
|
7. Масштаб оси усилий,
Н × мм-1
|
mF
|
-
|
8. Масштаб оси
деформаций, м × мм-1
|
mDl
|
-
|
9. Размер
диагонали отпечатка, ориентированной вдоль линии действия растягивающей
нагрузки до испытания, м
|
D0
|
-
|
10. Размер
диагонали отпечатка, ориентированной вдоль линии действия растягивающей
нагрузки после испытания, м
|
D1i
|
-
|
11.
Относительная деформация диагонали отпечатка
|
di
|
-
|
12. Абсолютная
деформация образца на 1 этапе нагружения, м
|
Dl1
|
2
|
13. Абсолютная деформация
образца на 2 этапе нагружения, м
|
Dl2
|
2
|
14. Часть
расчетной длины, которая участвует в деформации до образования на образце
шейки (1 этап нагружения), м
|
l1
|
3
|
15. Часть
расчетной длины, которая участвует в деформации после образования на образце
шейки (2 этап нагружения), м
|
l2
|
3
|
16. Средняя
относительная деформация поверхности образца на 1 этапе нагружения
|
d1
|
-
|
17. Средняя
относительная деформация поверхности образца в шейке
|
d2
|
-
|
18.
Максимальная относительная деформация поверхности образца на 1 этапе
нагружения
|
d1max
|
3
|
19. Предельная
относительная деформация поверхности образца в непосредственной близости от
зоны разрушения - ресурс пластичности металла образца
|
dmax
|
3
|
Производные
показатели
|
|
|
1. Объем
металла образца, участвующий в деформации на 1 этапе нагружения, м3
|
V1
|
-
|
2. Объем
металла образца, участвующий в деформации на 2 этапе нагружения, м3
|
V2
|
-
|
3. Энергия
пластической деформации, поглощенная образцом на 1 этапе нагружения, Дж
|
E1
|
-
|
4. Энергия
пластической деформации, поглощенная образцом на 2 этапе нагружения, Дж
|
E2
|
-
|
5.
Энергоемкость при пластической деформации материала, Дж × м-3
|
Еп.д
|
-
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ СТАЛИ ПРИ АБРАЗИВНОМ
ИЗНАШИВАНИИ ПО ЗНАЧЕНИЯМ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Сравнительную оценку износостойкости материалов без испытаний на
абразивное изнашивание в одинаковых условиях при трении о закрепленный абразив
при скоростях скольжения до 2,5 м × с-1 и давлениях до 10 МПа проводят по
номограмме (чертеж).
Износостойкость И (в условных единицах) материала в исследуемом
структурном состоянии определяют по значениям его энергоемкости Е при
пластической деформации в отожженном состоянии и твердости HV в исследуемом
структурном состоянии по номограмме как ординату точки линии номограммы,
соответствующей данному значению энергоемкости Еп.д, имеющей
абсциссу, соответствующую твердости HV исследуемого материала (см. чертеж).
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ
ОТПЕЧАТКОВ НА ОБРАЗЦАХ
Устройство для нанесения отпечатков на образец приведено на чертеже.
Нагрузка на пирамиде в 50 и 100 Н создается твердомером типа ТП для
определения твердости материалов по методу Виккерса (ГОСТ 2999-75).
Устройство позволяет наносить отпечатки через (1 ± 0,1) мм по всей начальной
расчетной длине образца.
1 - образец; 2
- твердомер; 3 - алмазная пирамида; 4 - столик
твердомера; 5 - координатный столик; 6 - приспособление для
крепления образца
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рекомендуемое
ФОРМА ПРОТОКОЛА ИСПЫТАНИЙ
ПРОТОКОЛ
определения энергоемкости при пластической деформации
по ГОСТ _________________
Дата _______________ Исполнитель
________________
Характеристика материалов
Наименование
|
ГОСТ, ТУ
|
Плотность
|
Термообработка
|
Твердость
|
|
|
|
|
|
Результаты замеров
при испытании
Номер образца
|
D0, м
|
D1i, м
|
|
|
|
Номер образца
|
d0,
м
|
А0, м2
|
mF, Н × мм-1
|
mDl, м × мм-1
|
А1, мм2
|
А2, мм2
|
l1,
м
|
l2,
м
|
Dl1, м
|
Dl2, м
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходные данные для
вычисления
Номер образца
|
E1,
Дж
|
Е2, Дж
|
V1,
м3
|
V2, м3
|
d1
|
d2
|
d1max
|
dmax
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты испытаний
Наименование материала
|
Номер образца
|
Энергоемкость, Дж × м-3
|
Средняя энергоемкость,
Дж × м-3
|
|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
1. Аппаратура и образцы.. 1
2. Подготовка к испытаниям.. 1
3. Проведение испытаний. 2
4. Обработка результатов. 2
Приложение 1. Обозначения показателей, принятые в
стандарте. 4
Приложение 2. Оценка износостойкости стали при
абразивном изнашивании по значениям характеристик механических свойств. 5
Приложение 3. Принципиальная схема устройства для
нанесения отпечатков на образцах. 6
Приложение 4. Форма протокола
испытаний. 7
|