Обеспечение износостойкости изделий. Метод определения энергоемкости при пластической деформации материалов

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Обеспечение износостойкост
Метод определения энергоемкост
при пластической деформации материалов
Ensuring of wear resistance of products. Determination of energy-consumption
while plastic deformation of materials
MKC 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 I? (черт. 1).

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 с погрешностью не более ОД мм по ГОСТ 1497—84. По результатам измерений определяют начальную площадь поперечного сечения образца в рабочей части А$, 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 Н V, 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; 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; Fmax — максимальное усилие на образце, Н; BL — отрезок, соответствующий максимально­му усилию на образце, мм; А/ —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 5 диаграммы проводят линии условной разгрузки образца В^ГЦСОи 5Л/ЦС0 (см. черт. 2). Принимают в качестве 1 этапа нагружения участок диаграммы ОСВ, площадь Ах = Л)свк? 2 этапа нагружения—участок диаг­раммы BS, площадь Л2 = ^kbsm-
4.2. Определяют площади участков диаграммы А1г 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—/q.
4.4. Вычисляют масштаб оси усилий pF, Н-мм-1, и масштаб оси деформаций цд/, м-мм-1, по формулам:
max
BL
где Fmax — максимальное усилие на образце, Н;
BL — ордината точки Б диаграммы, мм;
А/
Иа/ - ОМ ’
где А/ — 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 Е^, Дж, поглощенные материалом на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
Pf Рдъ
-®2 А2 Pf Рд/-
4.6. Измеряют диагонали отпечатков, ориентированные вдоль линии действия растягивающей нагрузки в соответствии с п. 2.6, и вычисляют деформации материала по формуле

где Ао, Ан — длина ориентированной вдоль линии действия растягивающей нагрузки диагонали от­печатка до и после испытания, м;
і — номер отпечатка.
4.7. По результатам определения 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 3imaX; предельную относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения — ресурс пластич­ности металла Зтах, д лину 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 1$.
4.9. По графику распределения деформаций (см. черт. 3) вычисляют 1\ и 12, м, и по диаграмме растяжения (см. черт. 2) вычисляют А4 и А/2, м.

4.10. Вычисляют среднюю относительную деформацию образца на 1 этапе нагружения 8Х и сред­нюю относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения 32 по формулам:

где Д/2 = КМ-\1А1, м.
4.11. Вычисляют о&ьемы образца V\ и V^, м3, участвующие в деформации на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
к2=/2-4,
где — начальная площадь поперечного сечения, определенная в соответствии с п. 2.3, м.
4.12. Энергоемкость д, Дж-м-3, при пластической деформации материала вычисляют по фор­
муле

£ £
°max °lmax
82
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
.
4.13.

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 Еи д, имеющей абсциссу, соответствующую твердости HV иссле­дуемого материала (см. чертеж).
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
О
О 100 300 500 700 НУ

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

Основные показатели
1. Рабочая длина образца, м
2. Начальная расчетная длина образца, м
3. Конечная расчетная длина образца (после испытаний), м
4. Начальный диаметр в рабочей части образца, м
5. Начальная площадь поперечного сечения в рабочей части образ­ца, м* 1 2
6. Максимальное усилие на образце, Н
7. Масштаб оси усилий, Н мм—1
8. Масштаб оси деформаций, м-мм—1
9. Размер диагонали отпечатка, ориентированной вдоль линии дей­ствия растягивающей нагрузки до испытания, м
10. Размер диагонали отпечатка, ориентированной вдоль линии дей­ствия растягивающей нагрузки после испытания, м
11. Относительная деформация диагонали отпечатка
12. Абсолютная деформация образца на 1 этапе нагружения, м
13. Абсолютная деформация образца на 2 этапе нагружения, м
14. Часть расчетной длины, которая участвует в деформации до об­разован