ГОСТ 25.505-85 Методы механических испытаний металлов. Метод испытаний на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении

Усталость металла.

Усталость металла является одним из видов его деформации. Опасность процесса усталости заключается в скрытности ее возникновения и накоплением отрицательных остаточных явлений. Научными исследованиями доказано, что усталость зарождается на клеточном уровне и характеризуется сдвигом в кристаллической решетке металла.

Процесс сдвига кристаллов заканчивается возникновением микротрещины, которая постоянно разрастается и в определенный период вызывает разрушение металла.

Возрастанию усталостных явлений способствуют различные нагрузки (особенно знакопеременные) и температурный режим, в котором эксплуатируется деталь. Например, в таких сложных условиях работают:

• Турбины АЭС, ГЭС, ТЭЦ;
• Лопатки турбин двигателей самолетов и ГТД;
• Оси железнодорожных вагонов;
• Элементы теплообменного оборудования и др.

Поскольку процесс усталостного разрушения металла является одним из наиболее опасных и сложно предсказуемых, все детали металлических конструкций подвергаются множеству различных испытаний.

Одним из важных испытаний считается испытание на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении, позволяющим в конечном счете определить ресурс службы элемента конструкции и сделать правильный выбор материала для его изготовления.

Испытания на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении.

Проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 25.505-85. Суть испытаний сводится к получению расчетных значений и механических свойств сопротивления термомеханическому деформированию испытываемого металла.

Требования к образцам для испытания.

Основными типами образцов принято считать:

• Трубчатые цилиндрические;
• Сплошные цилиндрические;
• Трубчатые корсетные;
• Сплошные корсетные.

Формы и размеры образцов выбираются согласно приведенным ниже эскизам и таблицам.

Головки образцов зависят от способа крепления в захватах испытательной машины, а соосность внешней и внутренней поверхности должна соответствовать 7-й степени точности.

Допускается применение геометрически подобных образцов других размеров, но при этом диаметр рабочей части d на растяжение-сжатие должен быть не менее 5 мм, на кручение – не менее 18 мм.

Испытательное оборудование.

Испытательные машины и оборудование должны обеспечивать проведение статических испытаний на разрыв и воспроизводить деформирование и нагрев в следующих условиях:

• Постоянство цикловых максимальных и минимальных нагрузок при мягком и жестком нагружениях в течении всего процесса испытания (режимы а-г);
• Заданный закон изменения нагрузок, деформаций и температуры в цикле с выдержками и без них (режимы д-з) в диапазоне частот, дающем возможность исследования эффектов длительного и кратковременного циклического нагружения;
• Статическое нагружение с заданными скоростями деформирования образца при заданном температурном режиме.

Испытательные машины выбирают в соответствии с требованиями ГОСТ 9651-84 и ГОСТ 28840-90.

Для замеров деформации используют оптические или тензометрические средства.

Для регистрации числовых значений деформаций и нагрузок во времени и числу циклов применяются автоматические самопишущие приборы. Запись диаграмм деформирования должна производиться двухкоординатными приборами и др. средствами автоматической регистрации.

Для нагрева образцов применяются нагревательные печи сопротивления, ламповые нагреватели, стержневые нагреватели из тугоплавких и жаропрочных материалов. Допускаются индукционный способ нагрева и пропускание тока через образец.

Охлаждение образца может быть принудительным или естественным.

Процесс испытания.

При испытании основным видом является растяжение-сжатие при жестком нагружении образца. Форма цикла нагружения и нагрева выбирается с учетом эксплуатационных условий. Продолжительность испытания – не менее 10 % эксплуатационного временного ресурса.

Испытание проводится при температурах реального эксплуатационного режима. Допускается проведение испытания с перерывами.

Количество образцов определяется в зависимости от дисперсии результатов, но не должно быть меньше 12 для каждого уровня испытания.

Образец фиксируется в захватах испытательной машины и подвергается нагрузке. Получаемые в процессе испытания числовые значения фиксируются регистрационными приборами машины.

Испытания проводятся до момента образования поверхностной трещины размером 5-10 % от диаметра образца.

После снятия нагрузки полученные результаты обрабатываются математическим путем с построением необходимых диаграмм, соответствующих требованиям ГОСТ 25.502-79.

Обработанные результаты заносятся в протокол испытания.