ГОСТ 23.218-84

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 l_р (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 d с погрешностью не более 0,1 мм по ГОСТ 1497-84. По результатам измерений определяют начальную площадь поперечного сечения образца в рабочей части A, м², и заносят в протокол испытаний (приложение 4).

2.4. Установленную по ГОСТ 1497-84 начальную расчетную длину l 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 A_l = A_OCBK; 2 этапа нагружения - участок диаграммы BS, площадь А₂ = A_KBSM.

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 l_к (после испытания) в метрах с погрешностью не более 1 % измеряемой величины (ГОСТ 1497-84) и вычисляют приращение начальной расчетной длины по формуле

Dl = l_к - l.

4.4. Вычисляют масштаб оси усилий ?_F, Н ? мм^-1, и масштаб оси деформаций ?_Dl, м ? мм^-1, по формулам:

 

где F_max - 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 ? m_F ? m_Dl,

E₂ = A₂ ? m_F ? m_Dl.

4.6. Измеряют диагонали отпечатков, ориентированные вдоль линии действия растягивающей нагрузки в соответствии с п. 2.6, и вычисляют деформации материала по формуле

 

где D, D_1i - длина ориентированной вдоль линии действия растягивающей нагрузки диагонали отпечатка до и после испытания, м;

i - номер отпечатка.

4.7. По результатам определения d_i 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 ?_1max; предельную относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения - ресурс пластичности металла d_max, 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 l.

4.9. По графику распределения деформаций (см. черт. 3) вычисляют l₁ и l₂, м, и по диаграмме растяжения (см. черт. 2) вычисляют ?l₁ 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 ? ?_?l, м.

 

где Dl₂ = KM ? ?_?l, м.

4.11. Вычисляют объемы образца V₁ и V₂, м³, участвующие в деформации на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:

V₁ = l₁ ? A,

V₂ = l₂ ? A,

где A - начальная площадь поперечного сечения, определенная в соответствии с п. 2.3, м².

4.12. Энергоемкость Е_п.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	l	1
3. Конечная расчетная длина образца (после испытаний), м	lк	-
4. Начальный диаметр в рабочей части образца, м	d	1
5. Начальная площадь поперечного сечения в рабочей части образца, м2	A	-
6. Максимальное усилие на образце, Н	Fmax	2
7. Масштаб оси усилий, Н ? мм-1	mF	-
8. Масштаб оси деформаций, м ? мм-1	m?l	-
9. Размер диагонали отпечатка, ориентированной вдоль линии действия растягивающей нагрузки до испытания, м	D	-
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 Е_п.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	D, м	D1i, м

Номер образца	d, м	А, 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

ГОСТ 23.218-84.pdf