ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Расчеты и испытания на прочность в машиностроении Методы механических испытаний металлов

Методы испытаний на усталость

Strength analysis and testing in machine building. Methods of metals mechanical testing. Methods of fatigue testing

ГОСТ

25.502-79*

Взамен

ГОСТ 23026—78 и ГОСТ 2860—65

в части пп. 6.1 и 6.2

* Переиздание (июнь 1986 г.) с Изменением № 1, утвержденным в декабре 1985 г. (ИУС 3—86).

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30 октября 1979 г. № 4146 срок введения установлен

с 01.01.81

Проверен в 1985 г. Постановлением Госстандарта от 19.12.85 № 4197 срок действия продлен

до 01.07.91

Срок действия продлен до 01.07.93 Основание ИУС 1991 №8 с.18

Снято ограничение срока действия Основание ИУС 1991 № 2, с.15

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний образцов металлов и сплавов на усталость:

при растяжении — сжатии, изгибе и кручении;

при симметричных и асимметричных циклах напряжений или деформаций, изменяющихся по простому периодическому закону с постоянными параметрами;

при наличии и отсутствии концентрации напряжений;

при нормальной, повышенной и пониженной температурах;

при наличии или отсутствии агрессивной среды;

в много- и малоцикловой упругой и упругопластической области.

Термины, определения и обозначения, применяемые в стандарте, — по ГОСТ 23207—78.

Стандарт разработан с учетом рекомендации ИСО Ρ 373 и рекомендации СЭВ PC 36—63.

Стандарт не устанавливает специальные методы испытаний образцов, используемые при отработке прочности высоконапряженных конструкций.

Разделы 2—4 стандарта и рекомендуемые приложения могут быть использованы для испытаний на усталость элементов машин и конструкций.

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1.1. Испытание металлов на усталость проводят на гладких образцах круглого сечения типа I (черт. 1, табл. 1) и типа II (черт. 2, табл. 2), а также прямоугольного сечения типа III (черт. 3, табл. 3) и типа IV (черт. 4, табл. 4).

Рабочая часть образца типа I

Черт. 1

Таблица 1

мм

d

R

5,0

≥5d

7,5

10

12

15

20

25

≥90

Рабочая часть образца типа II

Черт. 2

Таблица 2 мм

d

l = 5d

R

5,0

25

5,0

7,5

37,5

7,0

10

50

10

12

60

12

15

75

15

20

100

20

25

125

25

Рабочая часть образца типа III

Черт. 3

Таблица 3 мм

Изгиб в плоскости размера h

Изгиб в плоскости размера b

h

b

R

h

b

R

До 3,0 включ.

10А

≥2b

3,0—20,0

½h-2h

≥5h

Св. 3,0 до 10,0 включ.

15—30

Рабочая часть образца типа IV

Черт. 4

Таблица 4 мм

h

b

l

R

До 3,0 включ.

10h

5,65√b·h

≥2b

Св. 3,0 до 10,0 включ.

15÷30

1.2. Чувствительность металла к концентрации напряжений и влиянию абсолютных размеров определяют на образцах типов:

V — с V-образной кольцевой выточкой (черт. 5, табл. 5—8);

Рабочая часть образца типа V

Черт. 5

Таблица 5

D

d

а

t

ρ

ω,

град

σσ

мм

При изгибе

10

5,0

2,5

2,5

2,00

80

1,33

11,17

12

7,5

3,75

2,25

1,09

70

1,68

15

7,5

3,75

3,75

1,09

70

1,75

17

7,5

3,75

4,75

1,09

70

1,75

20

10

5,0

5,0

0,78

65

2,20

24

12

6,0

6,0

0,61

60

2,63

10

5,0

2,5

2,5

1,00

70

1,58

6,53

12

7,5

3,75

2,25

0,60

65

2,04

15

7,5

3,75

3,75

0,60

65

2,18

17

7,5

3,75

4,75

0,60

65

2,18

20

10

5,0

5,0

0,43

60

2,80

24

12

6,0

6,0

0,36

55

3,30

10

5,0

2,5

2,5

0,50

65

1,99

3,56

12

7,5

3,75

2,25

0,32

60

2,58

15

7,5

3,75

3,75

0,32

60

2,83

17

7,5

3,75

4,75

0,32

60

2,83

20

10

5,0

5,0

0,23

50

3,73

24

12

6,0

6,0

0,19

45

4,42

Черт. 10

Таблица 13

B

a

h

ρ

t

ω,

град

ασ

мм

40

10

До 10,0

0,5

10

40

5,73

Размеры образцов выбирают таким образом, чтобы параметр

подобия усталостного разрушения варьировался в возможно более широких пределах при заданном диапазоне изменения диаметров (L — периметр рабочего сечения образца или его часть, прилегающая к зоне повышенной напряженности; — относительный градиент первого главного напряжения).

При изгибе с вращением, кручении и растяжении — сжатии образцов типов I, II, V, VIII L = π·d;

при изгибе в одной плоскости образцов типов III, IV, VI, а также при растяжении — сжатии образцов типа VI L = 2b;

при растяжении — сжатии образцов типов III, IV, VII, IX, X L = 2h.

1.3. Для испытания на малоцикловую усталость применяют образцы типов II и IV, если отсутствует опасность продольного изгиба.

Допускается применять образцы типов I и III.

1.4. Рабочая часть образцов должна быть изготовлена по точности не ниже 7-го квалитета ГОСТ 25347—82.

1.5. Параметр шероховатости поверхности рабочей части образцов Ra должен быть 0,32—0,16 мкм по ГОСТ 2789—73.

Поверхность не должна иметь следов коррозии, окалины, литейных корок и цветов побежалости и т. п., если это не предусмотрено задачами исследования.

1.6. Расстояние между захватами испытательной машины выбирают так, чтобы исключить продольный изгиб образца и влияние усилий в захватах на напряженность в его рабочей части.

1.7. Вырезка заготовок, маркирование и изготовление образцов не должны оказывать существенного влияния на усталостные свойства исходного материала. Нагрев образца при изготовлении не должен вызывать структурных изменений и физико-химических превращений в металле; припуски на обработку, параметры режима и последовательность обработки должны сводить к минимуму наклеп и исключать местный перегрев образцов при шлифовании, а также трещины и другие дефекты. Снятие последней стружки с рабочей части и головок образцов производят с одной установки образца; заусенцы на боковых гранях образцов и кромках надрезов должны быть удалены. Заготовки вырезают в местах с определенной ориентацией по отношению к макроструктуре и напряженному состоянию изделий.

1.8. В пределах намеченной серии испытаний технология изготовления образцов из однотипных металлов должна быть одинаковой.

1.9. Измерение размеров рабочей части изготовленных образцов до испытаний не должно вызывать повреждения ее поверхности.

1.10. Рабочую часть образца измеряют с погрешностью не более 0,01 мм.

йство кривых усталости равной вероятности.

На чертеже представлены кривые усталости образцов из сплава марки В95 для вероятности разрушения Р = 0,5; 0,10; 0,01, построенные на основании графиков.

Минимально необходимое число образцов для построения семейства кривых усталости определяют в зависимости от доверительной вероятности Ρ1 = 1—α и предельной относительной ошибки Δр при оценке предела выносливости для заданной вероятности Ρ на основании формулы

где γ — коэффициент вариации предела выносливости;

Ζ — квантиль нормированного нормального распределения;

φ(р) — функция, зависящая от вероятности, для которой определяется предел

выносливости. Значения этой функции, найденные методом статистического

моделирования, приведены в таблице.

Ρ

0,5

0,3

0,2

0,1

0,05

0,01

φ(р)

2,5

2,7

3,5

4,5

6,0

8,5

Кривые усталости образцов из сплава марки В95

1—Р = 1%; 2—Р = 10%; 3 — Р = 50%

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Рекомендуемое

ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ И ОЦЕНКА ЕГО СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ И СРЕДНЕГО КВАДРАТИЧЕСКОГО

ОТКЛОНЕНИЯ

Для построения кривой распределения предела выносливости образцы испытывают на шести уровнях напряжения.

Самый высокий уровень напряжения выбирают с таким расчетом, чтобы все образцы при этом напряжении разрушались до базового числа циклов. Величину максимального напряжения принимают (1,3—1,5) от значения предела выносливости для Р—0,5. Остальные пять уровней распределяются таким образом, чтобы на среднем уровне разрушалось около 50%, на двух высоких— 70—80'% и не менее 90% и на двух низких — не более 10% и 20—30% соответственно.

Значение напряжений в соответствии с заданной вероятностью разрушения выбирают на основании анализа имеющихся данных для аналогичных материалов или с помощью предварительных испытаний.

После испытаний результаты представляют в виде вариационных рядов, на основании которых строят кривые распределения долговечности по методике, изложенной в рекомендуемом приложении 5.

На основании кривых распределения долговечности строят семейство кривых усталости для ряда вероятностей разрушения (рекомендуемое приложение 8). Для этого целесообразно использовать вероятности 0,01, 0,10, 0,30, 0,50, 0,70, 0,90 и 0,99.

По этим кривым усталости определяют соответствующие значения предела выносливости. Предел выносливости для вероятности разрушения Р = 0,01 находят методом графической экстраполяции соответствующей кривой усталости до базового числа циклов.

Найденные значения пределов выносливости наносят на график с координатами: вероятность разрушения в масштабе соответствующем нормальному распределению, — предел выносливости в кгс/мм2 (МПа). Через построенные точки проводят линию, представляющую собой графическую оценку функции распределения предела выносливости. Разбивают размах варьирования предела выносливости на 8—12 интервалов, определяют средние значения предела выносливости и его среднее квадратическое отклонение по формулам: