Металлы, сплавы, покрытия жаростойкие

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

СОЮЗА ССР

ЕДИНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ И СТАРЕНИЯ

МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ,

ПОКРЫТИЯ ЖАРОСТОЙКИЕ

МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА ТЕРМОУСТАЛОСТЬ В ГАЗОВЫХ

ПОТОКАХ НА КЛИНОВИДНЫХ ОБРАЗЦАХ

ГОСТ 9.910-88

Издание официальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москв
а

УДК 621.793:006.354 ГруппаТЬ^
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ С Т А Н Д А Р Т С О Ю 3 А ССР ввввииививвштяиввивияиивиииви
Единая система защиты от коррозии и старения

МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ,

ПОКРЫТИЯ ЖАРОСТОЙКИЕ

Метод испытания на термоусталость в газовых
потоках на клиновидных образцах
Unified system of corrosion and ageing protection. Metals, alloys, heat-resistant coatings.
Method of thermal fatigue testing of wedge shaped
specimens in gas flows

ОК.СТУ 0009

Срок действия с 01.01.90 до 01.01.95
Настоящий стандарт устанавливает метод испытаний на тер­моусталость жаропрочных сталей и сплавов, жаростойких покры­тий при многократном воздействии неоднородных полей темпе­ратур и термических напряжений в условиях повышенных тем­ператур и газового потока.
Настоящий стандарт распространяется на область цикличе­ского нагружения на базе от 102 до 10б циклов.
Настоящий стандарт не распространяется на:
металлические порошковые, металлокерамические, керамиче­ские и композиционные материалы;
методы испытаний на термоусталость материалов при одно­временном воздействии циклической термической и длительной статической нагрузок при высокой температуре, а также когда эрозионные и коррозионные повреждения являются определяю­щими.
Термины, определения и обозначения, применяемые в стан­дарте,— по ГОСТ 23207 и ГОСТ 25.505. Пояснения к терминам приведены в приложении 1.

1. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

1.1. Метод позволяет получить основные показатели, характе­ризующие сопротивление материалов и покрытий термоусталости при нестационарном нагреве (охлаждении) в газовом потоке до образования макротрещин.
Перепечатка воспрещена
© Издательство стандартов, 1989
1.2. Настоящий стандарт регламентирует метод испытаний на термоусталость металлов и сплавов, жаростойких покрытий на клиновидных образцах, которые позволяют в процессе испытаний воспроизвести на кромке образца условия повреждения и разру­шения материала, подверженного действию нестационарных не­однородных полей температур, термических напряжений и газо­вого потока.
1.3. Нагружение образцов осуществляется циклическим тем­пературным воздействием, обусловливающим возникновение в образце неоднородного поля температур, деформаций и напря­жений.
1.4. В результате испытаний получают сравнительные харак­теристики термоусталости, которые используют при выборе ма­териалов и покрытий, оценках влияния на прочность технологи­ческих факторов (поверхностного упрочнения, термической обра­ботки и т. п.) и оценке долговечности элементов конструкций, ра­ботающих при неоднородном термонапряженном состоянии в газовом потоке.
Одновременное испытание серии клиновидных образцов с раз­личными геометрическими размерами позволяет повысить инфор­мативность испытаний и охватить спектр режимов нагружения.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМА ИСПЫТАНИЙ И РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦОВ

2.1. Испытание металлов и сплавов, в том числе с жаростой­кими покрытиями, при неоднородном тепловом и тер’монапряжен- ном состоянии проводят на образцах, имеющих форму клиновид­ной призмы (черт. 1).
2.2. Режим нагружения образцов задается с учетом реальных условий эксплуатации материала и должен в наиболее полной степени воспроизводить основные факторы, определяющие его повреждаемость: диапазоны температур, напряжений, деформа­ций материала и их изменение во времени, химический состав газового потока.
2.2.1. Требуемый режим нагружения материала на кромке образца реализуется за счет выбора геометрических размеров клиновидного образца с учетом возможностей испытательной установки по интенсивности теплообмена (коэффициентам тепло­обмена и температуре газового потока).
В зависимости от цели испытаний допускается назначение ре­жима испытаний с выдержкой при максимальной температуре и без нее. Длительность выдержки устанавливают в Зависимости от коррозионного воздействия агрессивного газового потока на со­противление материала термоусталости. Суммарная длительность выдержки при рабочей температуре должна быть не менее 10% ресурса элемента конструкции. Если проведение испытаний боль-
той длительности технически или экономически нецелесообразно, допускается имитировать агрессивное воздействие газового пото­ка выдержкой образцов при рабочей температуре в изотермиче­ских условиях. Режим испытаний должен обеспечивать число циклов до разрушения образцов не менее 10% ресурса элемента конструкции по циклическим нагрузкам. Режимы нагружения
• Клиновидный образец

материала кромки клиновидных образцов схематически пред­ставлены на черт. 2.
2.3. Геометрические размеры образцов (угол раствора, радиус закругления кромки и длины хорды) выбирают в зависимости от назначенного режима испытаний, плана эксперимента, макси­мальной интенсивности теплообмена (удельного теплового пото­ка), реализуемой испытательной установкой, на основании ре­зультатов определения термонапряженного состояния образцов по п. 2.10.
2.3.1. Требуемый режим теплового нагружения (скорость на­грева и градиент температуры на кромке образца) обеспечивается за счет выбора угла раствора <р и радиуса закругления кромки R образца (увеличение угла раствора приводит к росту градиен­та температуры и снижению скорости нагрева кромки образца, 2*
а увеличение радиуса закругления кромки —к снижению как ско­рости нагрева, так и градиента температуры на кромке).
2.3.2. Требуемое напряженное состояние кромки достигается за счет выбора длины хорды образца L, увеличение которой при­водит к повышению термических напряжений на кромке за счет большего стеснения теплового расширения кромки массивной (менее нагретой при нестационарном нагреве) частью образца.
Режимы нагружения материала кромки образца

д — режим с выдержкой при максимальной 'и минимальной температурах; б — режим
без выдержек
Черт. 2
Изменение термических напряжений в кромке образца осу­ществляется также выполнением прорези параллельно кромке на расстоянии I от кромки на 95% высоты образца. Ширина проре­зи с не должна превышать 2 мм. Применение образцов с прорезью целесообразно при одновременном испытании партии образцов при идентичном тепловом режиме испытаний и различных значе­ниях термических напряжений.
Длина хорды L или расстояние от кроімки до прорези I в пре­делах намеченной серии испытаний должны варьироваться в та­ких пределах, чтобы тепловое состояние в достаточно большой области вблизи кромки образцов не зависело от длины хорды. Рекомендуется варьировать эти размеры от 20 до 60 мм.
2.3.3. Высоту образцов Н выбирают таким образам, чтобы в рабочей части образца а влияние концевых эффектов было мини­мальным. Реікамендуется принимать высоту образцов не менее чем в 1,5 раза больше максимальной длины хорды образца в пре­делах намеченной серии испытаний.
2.3.4. Для фиксации образцов в испытательной камере допу­скается изменение конфигурации его торцов в случае, если эти изменения не влияют на термонапряженное состояние кромки образца в рабочей части.
2.4. Для проведения одной серии испытаний образцы должны быть изготовлены из металла одной плавки, термообработаны в соответствии с техническими условиями на материал и с учетом технических условий на конструкционный элемент, применитель­но к которому проводят испытания. Технологический процесс на­несения покрытий на образцы и режим последующей термообра­ботки должны соответствовать техническим условиям на техно­логию нанесения покрытий на конструкционный элемент.
Допускается отсутствие покрытия на торцах и тыльной части образца. Технические требования к покрытию должны соблюдать­ся на рабочей части образца в прикромочной области протяжен­ностью не менее 10 мм от кромки.
2.5. Вырезка заготовок, маркировка и изготовление образцов не должны оказывать существенного влияния на свойства исход­ного материала. Режим и припуски на механическую обработку должны сводить к минимуму наклеп и исключить местный пере­грев образцов при шлифовке, если это не определено условиями испытаний.
2.6. Параметр шероховатости поверхности рабочей части об­разцов Ra должен быть не выше 0,2 мкм по ГОСТ 2789, если это не определено техническими требованиями. Рабочая поверхность не должна иметь следов коррозии, цветов побежалости, если это не предусмотрено условиями испытания.
При изготовлении образцов с покрытием чистота поверхности определяется техническими требованиями к покрытию.
2.7. Радиус закругления кромки образцов R должен быть вы­полнен не ниже 10-го квалитета ГОСТ 25347 1.
2.8. Для маркировки образцов применяют клеймление.
2.9. Каждому образцу присваивают шифр.
2.10. Для выбора размеров образцов на конкретной испыта­тельной установке для назначенного режима испытания опреде­ляют термонапряженное состояние образцов с различными ком­бинациями радиусов закругления кромок, углов раствора и длин хорд. Распределение температур, термических напряжений и их изменение в процессе нагрева (охлаждения) рассчитывают на основании экспериментального определения граничных условий теплообмена 1-го рода (результатов термометрирования образцов на выбранном режи|ме теплового нагружения). При необходимо­сти процедуру определения граничных условий теплообмена и расчета термонапряженного состояния образцов выполняют в не­сколько этапов с уточнением условий теплообмена и размеров об­разцов на каждом последующем этапе на основании анализа ре­зультатов предыдущего этапа.
2.10.1. Для проведения термометрирования из испытуемого материала изготовляют партию клиновидных образцов с различ­ным сочетанием геометрических размеров.
2.10.2. На поверхности образцов в среднем по высоте сечении устанавливают термопары. Количество термопар зависит от раз­меров образцов и должно быть не менее четырех. Размещение термопар должно выполняться с учетом неоднородностй распре­деления температуры по боковой грани образца. В области мак­симальных градиентов температуры (кромки образца) шаг уста­новки термопар должен быть