ГОСТ 23.218-84
Группа Т51
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Обеспечение износостойкости изделий
Метод определения энергоемкости при пластической деформации материалов
Ensuring of wear resistance of products.
Determination of energy-consumption while plastic deformation of materials
МКС | 03.120.10 |
19.060 |
ОКСТУ 0023
Дата введения 1986-01-01
Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 апреля 1984 г. N 1499 дата введения установлена 01.01.86
ПЕРЕИЗДАНИЕ
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. 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 
(черт.1).
Черт.1
2.2. Шероховатость рабочей поверхности испытуемого образца 
не должна быть более 0,32 мкм по ГОСТ 2789-73.
2.3. Измеряют диаметр рабочей части образца 
с погрешностью не более 0,1 мм по ГОСТ 1497-84. По результатам измерений определяют начальную площадь поперечного сечения образца в рабочей части 
, м
, и заносят в протокол испытаний (приложение 4).
2.4. Установленную по ГОСТ 1497-84 начальную расчетную длину 
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 HV, 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.
- прямолинейный участок диаграммы растяжения; 
- линия условной разгрузки образца в начале
образования шейки; 
- линия условной разгрузки образца в момент разрушения; 
- площадь участка
диаграммы, соответствующего деформации образца от начала нагружения до начала образования шейки
(1 этап нагружения), мм; 
- площадь участка диаграммы, соответствующего деформации образца
от начала образования шейки до разрушения (2 этап нагружения), мм; 
- максимальное
усилие на образце, Н; 
- отрезок, соответствующий максимальному усилию на образце, мм; 
- приращение начальной расчетной длины образца - суммарная деформация образца,
соответствующая точке 
диаграммы, м; 
- отрезок, соответствующий суммарной
деформации образца, мм
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.
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 
и диаграммы проводят линии условной разгрузки образца ||
и || (см. черт.2). Принимают в качестве 1 этапа нагружения участок диаграммы 
, площадь =
; 2 этапа нагружения - участок диаграммы 
, площад
ь =
.
4.2. Определяют площади участков диаграммы , , мм, с погрешностью не более 10 мм (см. черт.2).
4.3. Измеряют коническую расчетную длину образца 
(после испытания) в метрах с погрешностью не более 1% измеряемой величины (ГОСТ 1497-84) и вычисляют приращение начальной расчетной длины по формуле
4.4. Вычисляют масштаб оси усилий 
, Н·мм
, и масштаб оси деформаций 
, м·мм, по формулам:
где - максимальное усилие на образце, Н; - ордината точки диаграммы, мм;
где - приращение начальной расчетной длины образца, м; - отрезок на оси деформаций, соответствующий приращению начальной расчетной длины образца, мм.
4.5. Вычисляют энергии пластической деформации 
, 
, Дж, поглощенные материалом на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
4.6. Измеряют диагонали отпечатков, ориентированные вдоль линии действия растягивающей нагрузки в соответствии с п.2.6, и вычисляют деформации материала по формуле
где 
, 
- длина ориентированной вдоль линии действия растягивающей нагрузки диагонали отпечатка до и после испытания, м;
- 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.
Черт.3
4.8. Определяют (черт.3): максимальную относительную деформацию образца на 1 этапе нагружения 
, предельную относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения - ресурс пластичности металла 
, длину образца, участвующую в деформации на 1 этапе нагружения 
, м, и длину образца, участвующую в деформации на 2 этапе нагружения 
, м.
Примечание. Для большинства металлов ограничено 
.
4.9. По графику распределения деформаций (см. черт.3) вычисляют и , м, и по диаграмме растяжения (см. черт.2) вычисляют 
и 
, м.
4.10. Вычисляют среднюю относительную деформацию образца на 1 этапе нагружения 
и среднюю относительную деформацию образца на 2 этапе нагружения 
по формулам:
где 
, м;
где 
, м.
4.11. Вычисляют объемы образца 
и 
, м
, участвующие в деформации на 1 и 2 этапах нагружения по формулам:
где - начальная площадь поперечного сечения, определенная в соответствии с п.2.3, м
.
4.12. Энергоемкость 
, Дж·м
, при пластической деформации материала вычисляют по формуле
4.13. 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.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ОБОЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ПРИНЯТЫЕ В СТАНДАРТЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
Наименование показателя | Обозначение | Номер чертежа |
Основные показатели | ||
1. Рабочая длина образца, м |
| 1 |
2. Начальная расчетная длина образца, м |
| 1 |
3. Конечная расчетная длина образца (после испытаний), м |
| - |
4. Начальный диаметр в рабочей части образца, м |
| 1 |
5. Начальная площадь поперечного сечения в рабочей части образца, м |
| - |
6. Максимальное усилие на образце, Н |
| 2 |
7. Масштаб оси усилий, Н·мм |
| - |
8. Масштаб оси деформаций, м·мм |
| - |
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 |
| 2 |
13. Абсолютная деформация образца на 2 этапе нагружения, м |
| 2 |
14. Часть расчетной длины, которая участвует в деформации до образования на образце шейки (1 этап нагружения), м |
| 3 |
15. Часть расчетной длины, которая участвует в деформации после образования на образце шейки (2 этап нагружения), м |
| 3 |
16. Средняя относительная деформация поверхности образца на 1 этапе нагружения |
| - |
17. Средняя относительная деформация поверхности образца в шейке |
| - |
18. Максимальная относительная деформация поверхности образца на 1 этапе нагружения |
| 3 |
19. Предельная относительная деформация поверхности образца в непосредственной близости от зоны разрушения - ресурс пластичности металла образца |
| 3 |
Производные показатели | ||
1. Объем металла образца, участвующий в деформации на 1 этапе нагружения, м |
| - |
2. Объем металла образца, участвующий в деформации на 2 этапе нагружения, м |
| - |
3. Энергия пластической деформации, поглощенная образцом на 1 этапе нагружения, Дж |
| - |
4. Энергия пластической деформации, поглощенная образцом на 2 этапе нагружения, Дж |
| - |
5. Энергоемкость при пластической деформации материала, Дж·м |
| - |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ СТАЛИ ПРИ АБРАЗИВНОМ ИЗНАШИВАНИИ ПО ЗНАЧЕНИЯМ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
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 и давлениях до 10 МПа проводят по номограмме (чертеж).
Износостойкость 
(в условных единицах) материала в исследуемом структурном состоянии определяют по значениям его энергоемкости 
при пластической деформации в отожженном состоянии и твердости HV в исследуемом структурном состоянии по номограмме как ординату точки линии номограммы, соответствующей данному значению энергоемкости , имеющей абсциссу, соответствующую твердости HV исследуемого материала (см. чертеж).
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (рекомендуемое). ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ОТПЕЧАТКОВ НА ОБРАЗЦАХ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое
Устройство для нанесения отпечатков на образец приведено на чертеже.
1 - образец; 2 - твердомер; 3 - алмазная пирамида; 4 - столик твердомера;
5 - координатный столик; 6 - приспособление для крепления образца
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.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 (рекомендуемое). ФОРМА ПРОТОКОЛА ИСПЫТАНИЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рекомендуемое
ПРОТОКОЛ
определения энергоемкости при пластической деформации
по ГОСТ ____________________
Дата _________________ | Исполнитель ___________________________ |
Характеристика материалов
Наименование | ГОСТ, ТУ | Плотность | Термообработка | Твердость |
Результаты замеров при испытании
Номер образца |
|
|
Номер образца |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, Н·мм
, ммИсходные данные для вычисления
Номер образца |
|
|
|
|
|
|
|
|
, м
Результаты испытаний
Наименование материала | Номер образца | Энергоемкость, Дж·м | Средняя энергоемкость, Дж·м |