Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость

УДК 669.01 : 620.178.32 : 006.354

Расчеты и испытания на прочность я 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
ОКП 00 2500
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30 октвбрв 1979 г. № 4146 срок введение установлен с 01.01.81
Проверен в 1985 г. Постановлением Госстандарта от 19.12.85 № 4197 срок действия продлен до 01.07.911
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 Р 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.

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Рекомендуемое
ПРОТОКОЛ не
испытания образца (приложение к сводному протоколу №)
Назначение испытания •
Образец: шифр , поперечные размеры материал . термообработка , твердость , мнкротвердость Машина: тип №
Напряжения цикла: максимальное , минимальное среднее, амплитудное Деформации цикла: максимальная, минимальная средняя , амплитудная Показания счетчика (дата и время): в начале испытания
в конце испытания
Масштаб регистрации: деформации (мм/%) , нагрузки (мм/МН) , Число пройденных циклов до образования микротрещины длиной
Число пройденных циклов до разрушения Частота нагружения
Показания счетчика
Число циклов (время), пройден­ное образцом за смену
Подпись и дата
Примечание
в начале смены
в конце смены

сдавшего смену
принявшего смену

Обработка петель гистерезиса
Чнсло циклов
Число полуциклов
%
га> %
Примечание

Испытания проводил

ПОДПИСЬ

Начальник лаборатории

ПОДПИСЬ

Таблица 3 мм
Изгиб в плоскости размера h
Изгиб в плоскости размера b
Л
Ь
R
h
ь
R
До 3,0 включ.
ЮЛ

3,0—20,0
см
^5h
Св. 3,0 до 10,0 включ.
15—30

Рабочая часть образца типа IV

Черт. 4

Таблица 4
мм
h
b
1
R
До 3,0 включ.
ЮЛ

>2 b
Св. 3,0 до 10,0 включ.
15-г-ЗО

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
iv

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

Рекомендуемое

СВОДНЫЙ ПРОТОКОЛ №

Цель испытаний . Материал: марка и состояние ■
направление волокна
тип заготовки (при сложной форме прилагается план вырезки образцов)
Механические характеристики
Условия испытаний:
тип нагружения
вид нагружения 2
температура испытания
частота нагружения
Образцы:
тип образца и номинальные размеры поперечного сечения
состояние поверхности
Испытательная машина: тип , № Дата испытаний:
начало испытаний первого образца
конец испытаний последнего образца

Шифр образца
Число ЦИКЛОВ до разрушения
Число циклов до образования макротре- щииы
%
£а, %
кг/мм3
Примечание
Таблица 5
D
d
а
t
р
си, град
ао
LIO
мм

При изгибе
10
5,0
2,5
2,5
2,00
80
1,33

12
7,5
3,75
2,25
1,09
70
1,68

15
7,5
3,75
3,75
1,09
70
1,75
11 17
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

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
6,53
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

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
3,56
20
10
5,0
5,0
0,23
50
3,73

24
12
6,0
6,0
0,19
45
4,42

Таблица 6

D
d
а
t
р
со,
“а
LIG

град

При растяжении—

сж<

ІТИИ

Ї0
5,0
2,5
2,5
2,00
80
1,48

15
7,5
3,75
3,75
1,33
70
1,95
15,67
20
10
5,0
5,00
1,00
65
2,45

24
12
6,0
6,0
0,83
60
2,89

10
5,0
2,5
2,5
1,00
70
1,87

15
7,5
3,75
3,75
0,87
65
2,60
7,87
20
10
5,0
5,0
0,50
60
3,35

24
12
6,0
6,0
0,42
55
3,99

10
5,0
2,5
2,5
0,50
65
2,45
-
15
7,5
3,75
3,75
0,33
60
3,58
3,92
20
10
5,0
5,0
0,25
50
4,65

24
12
6,0
6,0
0,21
45
5,55

Таблица 7
£)
d
а
t
р
СО, град
а„
LlG
мм

При кручении
10
5,0
2,5
2,5
2,00
80
1,17

15
7,5
3,75
3,75
0,92
70
1,45
17,50
20
10
5,0
5,0
0,62
65
1,71

24
12
6,0
6,0
0,50
60
1,94

10
5,5
2,5
2,5
0,50
65
1,52

15
7,5
3,75
3,75
0,30
60
1,96
6,57
20
10
5,0
5,0
0,22
50
2,40

24
12
6,0
6,0
0,18
45
2,77

Таблица 8
о
d
а
t
р
си, град
“о

ММ

При растяжении— сжатии
При изгибе
При кручении
10
5,0
2,5
2,5
0,5
0,25
65
50
2,45
3,35
1,99
2,63
1,52
1,83
12
7,5
3,75
2,25
0,5 0,25
65
50
—
2,28 2,'83
—
15
7,5
3,75
3,75
0,5
0,26
60
45
2,93
4,04
2,33
3,14
1,68
2,08
17
7,5
3,75
4,75
0,5
0,25
60
45
—
2,33
3,14
—
20
10
1
5,0
5,0
0,5
0,27
50
40
3,35
4,65
2,63
3,56
1,83
2,30
30
15
7,5
7,5
о,5
45
4,05
3,14
2,08
Стр. 6 ГОСТ Ї5.502—79
VI — с симметричными боковыми надрезами V-образного про­филя (черт. 6, табл. 9);
Рабочая часть образца типа VI

Таблица 9
н
h
ь
а

р
со» град
«а
мм
. ...

При растяжении— сжатии
При изгибе
10
5,0
10
2,5
2,50
0,50
0,25
65
50
2,94
4,07
2,18
2,90
—
15
7,5
15
3,75
3,75
0,50 0,25
60
55
3,55
4,98
2,57
3,48
■
20
10
20
5,00
5,00
0,50 0,25
50
40
4,07
5,73
2,90
3,95
I — с центральным поперечным круглым отверстием (черт. 7,
Табл. 10);
Рабочая часть образца типа VII

Таблица 10
h
ь
d
»а
ММ
При растяжении— сжатии
При изгибе
До 3,0 включ.
10 h
ь
2,73
2,08

10

Св. 3,0 до 10,0
5 ft
ь
2,73
2,28

10

VIII — с кольцевой выточкой кругового профиля (черт. 8, табл. 11);
Рабочая часть образца типа VIII

Черт. 8

Таблица 11
D
d
Г
t
“а

ММ

прн рас­
тяжении—
при изгибе
при кручении

сжатии

6,00
5,00
0,50
0,50
2,18
1,89
1,46
9,00
7,50
0,75
0,75
2,18
1,89
1,46
12,0
10,0
1,00
1,00
2,18
1,89
1,46
17,0
15,0
1,00
1,00
2,18
1,89
1,46

IX — с двумя симметрично расположенными отверстиями (черт. 9, табл. 12);
Рабочая часть образца типа IX

Черт. 9

Таблица 12
Ь

р
“а
мм

40
10
До 10,0
3,0
1,5
2,44
3,15

X — с симметричными боковыми надрезами V-образного про­филя (черт. 10, табл. 13).
Рабочая часть образца типа X

Таблица 13
в
°

Р
t
СО, град
“а
мм

40
,0
До 10,0
0,5
10
40
5,73

Размеры образцов выбирают таким образом, чтобы параметр подобия усталостного разрушения —варьировался в возможно О
более широких пределах при заданном диапазоне изменения диа­метров (L — периметр рабочего сечения образца _или его часть, прилегающая к зоне повышенной напряженности; G — относитель­ный градиент первого главного напряжения).
При изгибе с вращением, кручении и растяжении — сжатии об­разцов типов I, II, V, VIII L=n-d;
при изгибе в одной плоскости образцов типов III, IV, VI, а так­же при растяжении — сжатии образцов типа VI L=Qb;
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 опре-
1.8. деленной ориентацией по отношению к макроструктуре и напря­женному состоянию изделий.
1.9. В пределах намеченной серии испытаний технология изго­товления образцов из однотипных металлов должна быть одина­ковой.
1.10. Измерение размеров рабочей части изготовленных образ­цов до испытаний не должно вызывать повреждения ее поверх­ности.
1.11. Рабочую часть образца измеряют с погрешностью не бо­лее 0,01 мм.

2. АППАРАТУРА

2.1. Машины для испытаний на усталость должны обеспечивать нагружение образцов по одной или нескольким схемам, приведен­ным на черт. 11—16. Машины для испытаний на усталость, обеспе­чивающие также проведение статических испытаний на разрыв, должны соответствовать требованиям ГОСТ 1497—84.
Чистый изгиб при вращении
образцов типов 1, 11, V, VIII

Чистый изгиб в одной плоскости
образцов типов 1—VIII
Образец,

Черт. 13

Повторно-переменное растяжение — сжатие образцов типов I—X

2.2. Суммарная погрешность нагружения в процессе испытания образцов зависит от типа машин и частоты нагружения и не дол­жна превышать в интервале 0,2—1,0 каждого диапазона нагруже­ния в процентах измеряемой величины:
±2% —при f^0,5 Гц;
±3% — при 0,5=Cf<50 Гц;
±5% — при f^50 Гц.
При испытании на гидропульсационных и резонансных маши­нах без тензометрического силоизмерения в интервале 0—0,2 каж­дого диапазона нагружения погрешность измерения нагрузки не должна превышать ±5% задаваемых напряжений.
2.3. Погрешность измерений, поддержания и записи деформа­ций при малоцикловых испытаниях не должна превышать ±3% измеряемой величины