---

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

РАСЧЕТЫ И ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ

МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ (ВЯЗКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ) ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

ГОСТ 25.506-85

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

РАЗРАБОТАН Академией наук СССР, Государственным комитетом СССР по стандартам. Академией наук УССР, Министерством путей сообщения. Министерством авиационной промышленности, Государственным комитетом СССР по делам строительства. Министерством энергетического машиностроения. Министерством черной металлургии. Министерством строительства предприятий тяжелой индустрии. Министерством высшего и среднего специального образования СССР, Министерством высшего и среднего специального образования РСФСР

ИСПОЛНИТЕЛИ

Н. А. Махутов, д-р техн. наук; В. В. Панасюк, акад. АН УССР; Е. М. Морозов, д-р техн. наук; В. С. Иванова, д-р техн. наук; П. Ф. Кошелев, канд. техн. наук; Е. И. Тавер, канд. техн. наук; А. М. Соковиков, канд. техн. наук; О. В. Букатин, канд. техн. наук; Л. К. Бозрова, канд. техн. наук; С. Я. Ярема, канд. техн. наук; С. Е, Ковчик, канд. техн. наук; М. Э. Чапля, канд. техн. наук; В. М. Маркочев, канд. техн. наук; М. Н. Георгиев, канд. техн. наук; Б. А. Дроздовский, канд. техн. наук; А. Я. Красовский, д-р физ.-мат. наук; В. П. Науменко, канд. техн. наук; Н. В. Новиков, чл.-корр. АН УССР; А. Л. Майстренко, канд. техн. наук; А. Г. Козлов, канд. техн. наук; П. Д. Одесский, канд. техн. наук; В. В. Москвичев, канд. техн. наук; А. Н. Васютин, канд. техн. наук; А. А. Попов, канд. техн. наук; А. Е. Андрейкив, д-р техн. наук; В. В. Аниковский, канд. техн. наук; Е. М. Баско, канд. техн. наук; Г. С. Васильченко, д-р техн. наук; О. Н. Винклер, канд. техн. наук; В. А. Волков, д-р техн. наук; В. С. Гиренко, канд. техн. наук; Я. А. Гохберг, канд. техн. наук; С. Е. Гуревич, канд. техн. наук; В. А. Зазуляк, канд. техн. наук; Г. П. Карзов, д-р техн. наук; И. И. Кокшаров; В. Г. Кудряшов, канд. техн. наук; Б. М. Овсянников, канд. техн. наук; М. В. Пирусский, канд. техн. наук; В. А. Раковский, канд. техн. наук; В. А. Ратов, канд. техн. наук; Е. Ю. Ривкин, канд. техн. наук; М. Н. Степнов, д-р техн. наук

ВНЕСЕН Академией наук СССР

Вице-президент АН СССР акад. Е. П. Велихов

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 марта 1985 г. № 902

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 марта 1985 г. № 902 срок действия установлен

с 01.01.86

до 01.01.91

Настоящий стандарт устанавливает методы механических испытаний для определения характеристик трещиностойкости металлов при статическом кратковременном нагружении на образцах толщиной не менее 1 мм при температуре от минус 269 до плюс 600 °С.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Обозначения и единицы измерения величин, применяемые в настоящем стандарте, указаны в обязательном приложении 1.

Примечание. Пояснения к обозначениям приведены в справочном приложении 2.

1.2. Для определения характеристик трещиностойкости испытывают с записью диаграмм «нагрузка-смещение» («Р-n») или «нагрузка-прогиб» («Р-f») образцы с предварительно нанесенной усталостной трещиной.

1.3. По результатам испытаний определяют следующие основные характеристики трещиностойкости:

силовые - критические коэффициенты интенсивности напряжений К (или K_I): K_IC, K^*_C, K_QT, K_C;

деформационная - раскрытие в вершине трещины d_C;

энергетические - критические значения J-интеграла J_C или J_IC.

1.4. Трещиностойкость металлов оценивают по одной или нескольким силовым, деформационным и энергетическим величинам K_IC, K^*_C, K_C, K_QT, d_C, J_C (J_IC).

При выполнении условий корректности определения характеристик трещиностойкости (п. 5.1.3.2; 5.1.5.1 и 5.1.6) основной является величина K_IC.

В случае невыполнения условий корректности величин K_IC, K_C, K_QT трещиностойкость металлов оценивают по величинам K^*_C, d_C, J_C (J_IC).

Примечания:

1. Для определения трещиностойкости металлов в широком диапазоне длин трещин допускается использовать предел трещиностойкости I_C (рекомендуемое приложение 3).

2. Методы построения температурных зависимостей характеристик трещиностойкости и определение критических температур для малоуглеродистых и низколегированных сталей описаны в рекомендуемом приложении 4.

1.5. Определяемые по настоящему стандарту характеристики трещиностойкости (наряду с другими характеристиками механических свойств) могут быть использованы для:

сравнения различных вариантов химического состава, технологических процессов изготовления, обработки и контроля качества металлов и сплавов;

сопоставления материалов при обосновании их выбора для машин и конструкций;

расчетов на прочность несущих элементов конструкций с учетом их дефектности, геометрических форм и условий эксплуатации;

анализа причин аварий и разрушений конструкций.

1.6. Для металлов, предназначенных для использования в машинах и конструкциях с заданными условиями эксплуатации, могут быть применены методы испытаний, типы образцов и характеристики трещиностойкости металла в соответствии с отраслевыми нормативно-техническими документами.

2. ОБРАЗЦЫ И ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ

2.1. Для определения характеристик трещиностойкости применяют следующие образцы: тип 1 - плоский прямоугольный с центральной трещиной для испытаний на осевое растяжение (черт. 1); тип 2 - цилиндрический с кольцевой трещиной для .испытаний на осевое растяжение (черт. 2); тип 3 - прямоугольный компактный образец с краевой трещиной для испытаний на внецентренное растяжение (черт. 3); тип 4 - плоский прямоугольный образец с краевой трещиной для испытаний на трехточечный изгиб (черт. 4).

Тип 1

L - расстояние между частями образца служащими для крепления в захватах

b ³ 8t; 2h»(0,25 - 0,35)b;

L ³ 2b; 2l»(0,3 - 0,5)b;

Черт. 1

Тип 2

L - расстояние между частями образца, служащими для крепления в захватах;

L = 5D; d = (0,6 - 0,7)D; L₁ ³ 7D

l₀ = 0,5(D - d) ³ h + l,5 мм и l₀ ³ 3,7h tga

D_K = D - 2h(0,65 - 0,85)D

Черт. 2

Тип 3

b = 2t; b₁ = 1,25b; H = 1,2b; 2a = 0,55b; d = 0,25b; l₀ = (0,45 - 0,55)b; e £ 0,06b; h»(0,35 - 0,50)b

Черт. 3

Тип 4

L - расстояние между опорами

b = 2t; l₀ = (0,45 - 0,55)b; e £ 0,06b; L = 4b; L₁ = 4b + 0,5b; h»(0,35 - 0,50)b

Черт. 4

e £ 0,06b; l₀ – h ³ 1,5 мм

Черт. 5

2.2. Соотношение размеров и схемы нагружения образцов показаны на черт. 1-4. При этом рекомендуются следующие размеры образцов:

тип 1 ширина b не менее 50 мм;

тип 2 диаметр D не менее 12 мм;

тип 3 толщина t не менее 20 мм;

тип 4 толщина t не менее 10 мм.

В образцах типов 1 и 2 форму и размеры частей, служащих для крепления и нагружения, определяют после выбора конструкции захватов. Размер h назначают в зависимости от способа изготовления надреза и крепления образца так, чтобы он не разрушился в захватах.

Примечания:

1. Для образцов типов 1, 3, 4 шероховатость их боковой поверхности вблизи вершины надреза и исходной усталостной трещины должна соответствовать 8-му классу.

2. Рекомендации по выбору образцов приведены в рекомендуемом приложении 5.

2.3. Инициирующий надрез в образце типа 2 показан на черт. 2, а в остальных - на черт. 5. Ориентация надреза в случае анизотропии механических свойств должна быть одинаковой для всех образцов при данных испытаниях.

Для образцов типа 1 применяют надрезы вариантов 1а, 2а, 3 (черт. 5), для образцов типов 3 и 4 вариантов 1а и 2b.

Надрез изготовляют с помощью специальных фрез (см. черт. 5, варианты 1а и 2b) или шлифовального круга (вариант 2b), пропиливанием от центрального отверстия (вариант 2а) или электроискровым способом (вариант 3). В отдельных случаях допускается комбинировать различные способы. Инициирующий надрез для образца типа 2 изготовляют на токарном станке с последующей шлифовкой.

Примечание. Для уменьшения нагрузки и времени, необходимых для зарождения трещин, можно применять лазерную, электронно-лучевую и другие обработки вершины надреза при условии, что область нарушенного состояния исходного материала у вершины надреза будет меньше длины создаваемой исходной усталостной трещины.

2.4. При вырезке и изготовлении образцов необходимо обеспечить минимальные наклеп, остаточные напряжения, а также изменения структуры и фазового состава в зоне разрушения образца. Окончательную механическую обработку образцов и нанесение исходной усталостной трещины проводят после термической обработки образцов.

2.5. Усталостную трещину наносят таким образом, чтобы контур надреза находился между прямыми, пересекающимися под углом 2Q 20 - 30° в вершине трещины (черт. 5), а разность (l₀ - h) была не меньше 1,5 мм.

2.6. Усталостные трещины в плоских образцах типов 1, 3 и 4 (черт. 1, 3, 4) наносят при переменном растяжении с коэффициентом асимметрии цикла R = 0,1 - 0,2, а в образцах типа 2 - при круговом изгибе (R = -1). При этом регистрируют минимальные и максимальные усилия цикла и число циклов. Номинальные напряжения s₀ при максимальном усилии цикла должны быть не больше 0,5s_0,2 (s_0,2 определяют при температуре, при которой наносят усталостные трещины), а рекомендуемое число циклов нагружения при нанесении усталостной трещины - не меньше 5×10⁴.

Примечания:

1. В образцах типа 4 допускается нанесение усталостных трещин при знакопеременном консольном изгибе с соблюдением требований настоящего пункта.

2. При нанесении усталостной трещины на образцах, предназначенных для испытаний с целью определения K_IC, K_C, K^*_C и K_QT, максимальный коэффициент интенсивности напряжений цикла K_MAX, рассчитанный для надреза как для трещины длиной h, не должен превышать 0,75 K_IC, где K_IC - предполагаемое значение K_IC, а на конечном участке трещины длиной не менее 1,5 мм - не превосходить 0,6 K_IC. Если трещину наносят при температуре T⁽¹⁾, а испытывают образец при температуре T⁽²⁾, то K_MAX не должен превышать 0,6 K_IC×s⁽¹⁾_0,2/s⁽²⁾_0,2, где величины с индексом (1) относятся к температуре T⁽¹⁾, а с индексом (2) к T⁽²⁾ (см. рекомендуемое приложение 6).

2.7. Отклонение длины нанесенной усталостной трещины на каждой из боковых поверхностей плоских образцов от заданной длины не должно превышать 2 % от l₀ при l₀ ³ 25 мм и 0,5 мм при l₀ < 25 мм.

Угол отклонения плоскости усталостной трещины от плоскости надреза на всех образцах не должен превышать 10°.

2.8. Рекомендации по конструкциям приспособлений для крепления и нагружения образцов при нанесении усталостных трещин даны в рекомендуемом приложении 6.

3. ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

3.1. Для определения характеристик трещиностойкости используют машины с механическим, гидравлическим или электрогидравлическим приводом, метрологические параметры которых соответствуют ГОСТ 7855-84.

3.2. Необходимое максимальное усилие испытательной машины рассчитывают по формулам:

для образцов типа 1

P_MAX ³ 0,5(b - 2l)t(s_0,2 + s_B)

для образцов типа 2

P_MAX ³ 0,4d²(s_0,2 + s_B)

для образцов типа 3

P_MAX ³ 0,2(b - l)t(s_0,2 + s_B)

для образцов типа 4

P_MAX ³ 0,1t(s_0,2 + s_B)

3.3. Для измерения смещений v или прогибов f применяют двухконсольные датчики тензорезисторного типа. Захватные части датчиков, способы их установки на образцах и размеры элементов датчиков в зоне их крепления приведены на черт. 6. Расчет остальных размеров датчиков и схема соединения тензорезисторов для обеспечения термокомпенсации приведены в рекомендуемом приложении 7.

1 - образец; 2 - накладные опорные призмы; 3 - датчик смещения; 4 - плоскость надреза; 5 - призматические выступы

Черт. 6

Разность показаний прямого и обратного хода и нелинейность в диапазоне рабочего хода датчика и погрешность измерения датчика не должны превышать 2 % от рабочего диапазона датчика. Тарировку датчика проводят с погрешностью не более ± 0,01 мм.

3.3.1. Установку датчиков смещения на образцах типов 1-4 проводят с помощью накладных опорных призм (черт. 6а).

На образцах типов 3 и 4 допускается установка датчиков на призматических выступах, изготовленных на торцах образцов (черт. 6б).

Скачать бесплатно