ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Расчеты и испытания на прочность Методы механических испытаний металлов

ИСПЫТАНИЯ НА РЕЛАКСАЦИЮ НАПРЯЖЕНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ ОСАДКЕ

Общие требования

Издание официальное

ГОСТ Р 57173-2016

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК132 «Техническая диагностика»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2016 г. № 1436-ст

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона « О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальны стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ. 2016

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

УДК 622.691.2/234:006.354    ОКС    77.040.10    Т59

Ключевые слова: релаксация напряжений, действующие напряжения, упругие напряжения, упругая деформация, пластическая деформация, физический предел текучести, глубина релаксации, предел микропластичности

7

Редактор И П. Шайнях Технический редактор ВЮ Фот нова Корректор Р.А Мвнтова Компьютерная верстка И.А. Налешиноо

Сдано в набор 26 10 2016 Подписано в печать 18 112016 Формат 60 * 84У_ь. Гарнитура Ариал Уел. поч л. 1.40 Уч.-иэд. л. 1.12. Тираж 31 экз Зак 2850 Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Издано и отпечатано во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». 123995 Москва. Гранатный пер . 4 www gostinfo ru    into@gostinfo    ru

ГОСТ P 57173—2016

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................1

3    Термины и определения................................................2

4    Общие положения....................................................2

5    Требования безопасности...............................................3

6    Требования к испытательному оборудованию...................................3

7    Методика проведения эксперимента на релаксацию напряжений.......................4

8    Обработка результатов измерений..........................................5

III

Введение

В настоящее время большинством специалистов признается, что релаксация напряжений (подобно ползучести) является результатом как сдвигово-дислокационных, так и диффузионных процессов. Процессы первого типа связаны с кооперативным передвижением группы атомов (например, по плоскостям сдвигов и т. д.); процессы второго типа — с индивидуальным перемещением отдельных атомов как у границ зерен основной структуры, так и по всему объему поликристалла. Преобладающая роль того или иного явления, контролирующего процесс релаксации, зависит от рабочей температуры и уровня действующих напряжений.

Релаксация напряжений и ползучесть наблюдаются при напряжениях ниже пределов упругости или текучести металлов, определяемых в условиях кратковременного испытания на обычных испытательных машинах и при температурах ниже температуры рекристаллизации.

Настоящий стандарт разработан с целью обеспечения методической основы определения важнейших механических характеристик конструкционных материалов на основе испытаний на релаксацию при сжатии образцов.

IV

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Расчеты и испытания на прочность Методы механических испытаний металлов

ИСПЫТАНИЯ НА РЕЛАКСАЦИЮ НАПРЯЖЕНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ ОСАДКЕ

Общие требования

Calculation and strength testing. Methods of mechanical testing of metals.

Tests for stress relaxation of metals and alloys at a compression. General requirements

Дата введения — 2018—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на металлы и сплавы, используемые в составе современных ответственных высоконагруженных технических объектов, для которых необходимо знать поведение их механических характеристик в процессе длительных интенсивных эксплуатационных воздействий.

Стандарт развивает положения ГОСТ 26007 и устанавливает общие требования к порядку определения основных механических характеристик исследуемого материала:

-    предела микропластичности;

-    глубины релаксации при напряжении, соответствующем пределу микропластичности;

-    физического предела текучести;

-    условного предела текучести.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.019-79 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ Р МЭК 60745-2-3-2011 Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 2-3. Частные требования к шлифовальным, дисковым шлифовальным и полировальным машинам с вращательным движением рабочего инструмента

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 1497-84(ИСО 6892—84) Металлы. Методы испытания на растяжение ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия

ГОСТ 26007-83 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на релаксацию напряжений

Издание официальное

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен беззамены.тоположе-ние. в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применяются термины по ГОСТ 1497, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    ползучесть: Непрерывная пластическая деформация, происходящая при постоянной температуре и постоянном напряжении (постоянной нагрузке) в зависимости от времени.

3.2    пластическая деформация: Деформация, не исчезающая после снятия вызвавшей ее нагрузки.

3.3    предел упругости: Наибольшее условное напряжение, при котором пластическая деформация не превышает 0,05 %.

3.4    диффузия: Процесс перехода вещества из одной части системы в другую вследствие теплового движения частиц, в результате которого устанавливается равновесная концентрация внутри фаз.

3.5    дислокация: Несовершенство (дефект) кристаллического строения, образующее внутри кристалла границу зоны сдвига и геометрически представляющее собой линию, вдоль и вблизи которой нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей.

3.6    плоскость сдвига: Плоскость скольжения, по которой под действием касательных напряжений происходит смещение одной части кристалла по отношению к другой по определенным системам скольжения за счет движения в них дислокаций, обеспечивающих деформацию сдвига.

3.7    зерно: Кристаллит в поликристаллическом теле, отделенный от других кристаллитов большеугловой границей и обладающий определенной кристаллографической ориентировкой.

3.8    граница зерна: Граница раздела смежных зерен в кристаллических металлах и сплавах, имеющих большой угол разориентации (более 6°) и степень искажения.

3.9    вязкое течение: Медленное течение материала в процессах высокотемпературной обработки. при котором скорость деформации является, как правило, линейной или степенной функцией действующих напряжений.

3.10    структура: Строение металлов и сплавов, характеризуемое наличием фаз (и дефектов в случае их возникновения), их количеством, взаиморасположением и формой.

4    Общие положения

4.1    Термином «релаксация напряжений» характеризуют уменьшение напряжений а во времени под влиянием ползучести в нагруженном жестком теле (например, растянутом или сжатом стержне) при постоянных линейных размерах.

4.2    Типовые кривые релаксации в координатах «напряжение — время» приведены на рисунке 1.

4.3    Процесс релаксации напряжений может быть представлен тремя периодами, которым соответствуют три участка релаксационной кривой:

-    период I релаксации характерен резким падением напряжения в условиях затухающей скорости релаксации напряжения;

-    период II релаксации напряжений, протекающий в условиях затухающей скорости, в основном удовлетворяет экспоненциальной зависимости Максвелла и выражается в полулогарифмических координатах прямой линией;

-    период III релаксации напряжений определяется интенсивным релаксационным разупрочнением в условиях возрастающей скорости падения напряжений, в связи с чем выпуклость кривой релакса-

2

ГОСТ P 57173—2016

б
t Рисунок 1 — Типовые кривые релаксации в координатах «напряжение — время»

ции становится обратной по отношению к выпуклости кривой в пределах первого участка. Явление третьего периода ползучести и релаксации напряжения присуще всем материалам, способным к вязкому течению.

4.4 При возникновении фазовых изменений, приводящих к резкому изменению напряженности металла, можно наблюдать изменение угла наклона в пределах периода II релаксации напряжений (кривые 3 и 4). Если это изменение сопровождается повышением напряженности, то следующий участок П_б кривой имеет вследствие уменьшения скорости релаксации напряжений меньший угол наклона по сравнению с предыдущим участком И_а (кривая 3) или может быть расположен горизонтально (кривая 4). Иногда наблюдаются кривые с двумя периодами участка И_б (кривая 5). В случаях медленно протекающих фазовых превращений такие кривые приобретают вид кривой 6. В условиях испытания при высоких температурах участок периода II может быть настолько коротким, что практически кривая будет состоять только из периодов I и III (кривая 7). В условиях релаксации напряжений при высоких температурах период II может отсутствовать, что соответствует кривым 8 и 9.

5    Требования безопасности

5.1    К выполнению испытаний допускают операторов, обладающих навыками эксплуатации оборудования для механических испытаний металлических образцов, умеющих пользоваться соответствующими национальными и отраслевыми нормативными и техническими документами, прошедших обучение работе с применяемыми средствами измерений и аттестованных на знание правил безопасности.

5.2    При проведении работ по испытаниям на релаксацию напряжений при осадке оператор должен руководствоваться ГОСТ 12.2.003. ГОСТ 12.3.002 и правилами технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей по ГОСТ 12.1.019 и ГОСТ 12.1.038.

5.3    Работы проводят в соответствии с требованиями безопасности, указанными в инструкции по эксплуатации аппаратуры, входящей в состав используемого оборудования.

6    Требования к испытательному оборудованию

6.1    При определении параметров релаксации напряжений при осадке в качестве испытательного оборудования рекомендуется использовать автоматизированную установку для релаксационных испытаний, типовая блок-схема которой приведена на рисунке 2.

6.2    В качестве пресса должна быть использована машина высокой жесткости.

Коммуникационный модуль 8 должен обеспечивать управление релейным модулем 7 и модулем

ввода сигнала силоизмерителя 6.

3

1

Рисунок 2 — Блок-схема релаксационной установки

6.3 Требования к программному обеспечению установки

6.3.1    Программное обеспечение установки (далее — ПО) должно обеспечивать ввод следующих параметров эксперимента:

-    количество циклов нагружения:

-    величину шага нагружения;

•    время на релаксацию напряжения между циклами нагружения.

6.3.2    ПО должно обеспечивать ввод следующих параметров образца:

-    номер;

-    марку стали;

-    режим термообработки;

-    форму;

-    размеры.

6.3.3    ПО должно обеспечивать калибровку выходного сигнала и установку нулевого значения снимаемого напряжения (напряжения при отсутствии нагрузки).

6.3.4    ПО должно отображать следующие текущие данные:

•    номер этапа нагружения;

-    время, прошедшее с начала эксперимента;

-    текущие значения нагрузки в кгс и напряжения в МПа;

-    промежуточные результаты измерений напряжения сти глубины релаксации Лас шагом, обеспечивающим приемлемую погрешность обработки кривых релаксации для определения соответствующих механических характеристик.

7 Методика проведения эксперимента на релаксацию напряжений

7.1    Релаксационные испытания проводят на автоматизированной установке с использованием программного обеспечения, удовлетворяющего требованиям 7.3.

7.2    На установке исследуют цилиндрические образцы с диаметром поперечного сечения 3—4 мм и высотой 6—8 мм. а также образцы в виде параллелепипедов с основанием в виде квадрата со стороной 2.5—3.5 мм и высотой 6—8 мм.

7.3    Торцы образцов шлифуют плоскопараллельно и перпендикулярно оси с использованием шлифовального инструмента по ГОСТ Р МЭК 60745-2-3.

Шероховатость поверхности Ra не должна превышать 1.25мкмпоГ ОСТ 2789.

7.4    Перед испытанием измеряют геометрию образца: диаметр (сторону квадрата) и высоту с помощью микрометра по ГОСТ 6507 с погрешностью измерений не более 0.01 мм.

7.5    Осуществляют ступенчатое увеличение нагрузки с постоянным приращением напряжения do на каждом шаге.

4

ГОСТ P 57173—2016

Величина da подбирается экспериментально, исходя из результатов предварительных экспериментов. на основании которых устанавливается максимально допустимое значение da, обеспечивающее приемлемую погрешность обработки кривой релаксации в координатах «глубина релаксации — напряжение» (разделе).

Примечание — Для большинства конструкционных материалов величина da близка к 20 МПа.

7.6    После каждого шага сжатия нагружение приостанавливают на время At.

7.7    Значение подбирают экспериментально следующим образом:

-    после первого этапа нагружения устанавливают At = 120 с. Наблюдая за падением напряжения вследствие релаксации (рисунок 3). внутри интервала .1/ средствами ПО находят момент времени Г₁₍ начиная с которого до истечения интервала At напряжение падает не более чем на 5 %;

-    после этого величина At устанавливается равной f_v

Примечание — С целью уменьшения общей продолжительности эксперимента описанная корректиров-ка величины At может проводиться для каждого шага нагружения.

Рисунок 3 — Кривая зависимости напряжения от времени

8 Обработка результатов измерений

8.1    Для решения практических задач используют зависимости д<т-о(кривые релаксации в координатах «глубина релаксации — напряжение»). Типичная кривая релаксации в координатах «глубина релаксации — напряжение» показана на рисунке 4.

8.2    На кривой релаксации средствами ПО выделяют две области:

Рисунок 4 — Типичная кривая релаксации в координатах «глубина релаксации — напряжение*

- область М — область микропластической деформации, в которой зависимость глубины релаксации от напряжения описывается выпуклой кривой с уменьшающейся производной' *^А<^;

да

5