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
МКС 03.120.10 19.060 ОКСТУ 0023
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 /р (черт. 1).
do
Черт. 1
Издание официальное
★
Перепечатка воспрещена
Переиздание.
70
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 А0, м2, и заносят в протокол испытаний (приложение 4).
2.4. Установленную по ГОСТ 1497—84 начальную расчетную длину /0 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 ИСПЫТАНИИ
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.
П римечание. 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; ВК — линия условной разгрузки образца в начале образования шейки; SM — линия условной разгрузки образца в момент разрушения; А\— площадь участка диаграммы, соответствующего деформации образца от начала нагружения до начала образования шейки (1 этап нагружения), мм2; Л2 — площадь участка диаграммы, соответствующего деформации образца от начала образования шейки до разрушения (2 этап нагружения), мм2; 2^* — максимальное усилие на образце, Н; BL — отрезок, соответствующий максимальному усилию на образце, мм; А1 —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 б1 диаграммы проводят линии условной разгрузки образца ВК\\СО и SM\CO (см. черт. 2). Принимают в качестве 1 этапа нагружения участок диаграммы ОС В, площадь Ах = Аосвк; 2 этапа нагружения—участок диаграммы BS, площадь А2 = /1КВ5М.
4.2. Определяют площади участков диаграммы Аъ А2, мм2, с погрешностью не более 10 мм2 (см. черт. 2).
4.3. Измеряют коническую расчетную длину образца /к (после испытания) в метрах с погрешностью не более 1 % измеряемой величины (ГОСТ 1497—84) и вычисляют приращение начальной расчетной длины по формуле
А/ — /к—/о-
4.4. Вычисляют масштаб оси усилий pF, Н-мм-1, и масштаб оси деформаций цд/, м-мм-1, по формулам:
M-F –
F
± max
BL ’
где Гтах — максимальное усилие на образце, Н; BL — ордината точки В диаграммы, мм;
АI
” ОМ ’
где АI — приращение начальной расчетной длины образца, м;
ОМ — отрезок на оси деформаций, соответствующий приращению начальной расчетной длины образца, мм.
4.5. Вычисляют энергии пластической деформации Еъ Е2, Дж, поглощенные материалом на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
4.6. Измеряют диагонали отпечатков, ориентированные вдоль линии действия растягивающей нагрузки в соответствии с п. 2.6, и вычисляют деформации материала по формуле
s _ДИ_Д0
°i “ л ’
Д0
где Д0, Ди — длина ориентированной вдоль линии действия растягивающей нагрузки диагонали отпечатка до и после испытания, м; i — номер отпечатка.
4.7. По результатам определения 5; 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 81тах; предельную относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения — ресурс пластичности металла Smax, длину образца, участвующую в деформации на 1 этапе нагружения /ь м, и длину образца, участвующую в деформации на 2 этапе нагружения /2, м.
Примечание. Для большинства металлов 4 ограничено /0.
4.9. По графику распределения деформаций (см. черт. 3) вычисляют /, и /2, м, и по диаграмме растяжения (см. черт. 2) вычисляют А/, и А/2, м.
4.10. Вычисляют среднюю относительную деформацию образца на 1 этапе нагружения 5, и среднюю относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения 82 по формулам:
где А/, = ОК\\.ы, м;
8i
А/1
Т’
82
А/2
h
где А/2 = АГЛ/-цд/, м.
4.11. Вычисляют объемы образца Vx и V2, м3, участвующие в деформации на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
У\—h’A),
V2=l2-A),
где А0 — начальная площадь поперечного сечения, определенная в соответствии с п. 2.3, м2.
4.12. Энергоемкость Епд, Дж-м_3, при пластической деформации материала вычисляют по формуле
д 81 max | 8max ~8lmax
пд Fx ‘ h V2‘ S2
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 |
h |
1 |
2. Начальная расчетная длина образца, м |
k |
1 |
3. Конечная расчетная длина образца (после испытаний), м |
к |
— |
4. Начальный диаметр в рабочей части образца, м |
do |
1 |
5. Начальная площадь поперечного сечения в рабочей части образ- |
— |
|
ца, м2 |
||
6. Максимальное усилие на образце, Н |
F 1 max |
2 |
7. Масштаб оси усилий, Н-мм—1 |
Цр |
— |
8. Масштаб оси деформаций, м-мм-1 |
йд/ |
— |
9. Размер диагонали отпечатка, ориентированной вдоль линии дей- |
до |
— |
ствия растягивающей нагрузки до испытания, м |
||
10. Размер диагонали отпечатка, ориентированной вдоль линии дей- |
ди |
— |
ствия растягивающей нагрузки после испытания, м |
||
11. Относительная деформация диагонали отпечатка |
Si |
— |
12. Абсолютная деформация образца на 1 этапе нагружения, м |
А 1\ |
2 |
13. Абсолютная деформация образца на 2 этапе нагружения, м |
Al2 |
2 |
14. Часть расчетной длины, которая участвует в деформации до об- |
к |
3 |
разования на образце шейки (1 этап нагружения), м |
||
15. Часть расчетной длины, которая участвует в деформации после |
h |
3 |
образования на образце шейки (2 этап нагружения), м |
||
16. Средняя относительная деформация поверхности образца на |
81 |
— |
1 этапе нагружения |
||
17. Средняя относительная деформация поверхности образца в шейке |
82 |
— |
18. Максимальная относительная деформация поверхности образца |
^lmax |
3 |
на 1 этапе нагружения |
||
19. Предельная относительная деформация поверхности образца в |
^max |
3 |
непосредственной близости от зоны разрушения — ресурс пластичности металла образца Производные показатели |
||
1. Объем металла образца, участвующий в деформации на 1 этапе |
У\ |
— |
нагружения, м3 |
v2 |
|
2. Объем металла образца, участвующий в деформации на 2 этапе |
— |
|
нагружения, м3 |
||
3. Энергия пластической деформации, поглощенная образцом на |
Е\ |
— |
1 этапе нагружения, Дж |
||
4. Энергия пластической деформации, поглощенная образцом на |
El |
— |
2 этапе нагружения, Дж |
||
5. Энергоемкость при пластической деформации материала, |
Ел. д |
— |
Дж- м—3 |
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 |
Т ермообработка |
Твердость |
Результаты замеров при испытании |
||
Номер образца |
д0, м |
Ди, м |
Номер образца |
d0, м |
Aq, м2 |
Н-мм 1 |
М’ММ 1 |
Ау, мм2 |
А2, мм2 |
1у, м |
12, м |
Д/[, м |
Д12, м |
Исходные данные для вычисления
Номер образца |
Ev Дж |
Е2, Дж |
Vv м3 |
V2, м3 |
81 |
82 |
8lmax |
8max |
Результаты испытаний
Наименование материала |
Номер образца |
Энергоемкость, Дж-м 3 |
Средняя энергоемкость, Дж-м-3 |