Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 3565-80* "Металлы. Метод испытания на кручение" (введен в действие постановлением Госстандарта СССР от 30 мая 1980 г. N 2445)

Metals. Method of torsion test

Срок действия установлен с 1 июля 1981 г.

до 1 июля 1991 г.

Взамен ГОСТ 3565-58

ГАРАНТ:

Ограничение срока действия настоящего ГОСТа снято постановлением Госстандарта от 10 апреля 1991 г. N 464

Настоящий стандарт распространяется на черные и цветные металлы и сплавы, а также на изделия из них и устанавливает методы статических испытаний на кручение при температуре 20(+-15)_(-10)°С для определения характеристик механических свойств и характера разрушения при кручении.

Стандарт не устанавливает методы испытаний на кручение в условиях повышенной и пониженной температуры, вакуума, химически активных сред и лучевого воздействия.

1. Общие положения

1.1. Термины, определения и обозначения, применяемые в настоящем стандарте, приведены в обязательном приложении 1.

1.2. По результатам испытания образцов на кручение производят определение следующих механических характеристик:

модуля сдвига,

предела пропорциональности,

предела текучести,

предела прочности (условного),

предела прочности (истинного),

максимального остаточного сдвига,

характера разрушения (срез или отрыв).

2. Испытательное оборудование

2.1. Для испытания на кручение может быть использована испытательная машина, которая обеспечивает:

свободное кручение образцов без каких-либо дополнительных нагрузок на образце в течение всего процесса испытания;

центрирование образца в захватах с несоосностью не более 0,1 мм на каждые 100 мм;

плавность статического нагружения (без толчков и ударов);

свободное перемещение одного из захватов вдоль оси образца;

измерение нагрузки с погрешностью, не превышающей +-1% от величины измеряемой нагрузки, начиная с 0,2 наибольшего значения каждого диапазона, но не ниже 0,04 предельной нагрузки;

вариации показаний силоизмерителя при повторных нагружениях и нагрузке, не превышающие допускаемую погрешность силоизмерения;

возможность нагружения с точностью одного наименьшего деления шкалы силоизмерителя испытательной машины;

сохранение постоянства показаний силоизмерителя в течение не менее 30 с;

измерение угла закручивания с погрешностью, не превышающей 1°.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3. Образцы

3.1. Для испытания на кручение в качестве основных применяют цилиндрические образцы с диаметром в рабочей части 10 мм и с расчетной длиной 100 и 50 мм, с головками на концах для закрепления в захватах испытательной машины.

Примечание. Расчетной длиной считают длину цилиндрической части образца, на которой производят измерение угловой деформации. Измерительная база прибора должна располагаться в средней части образца. Испытания образцов из металлопродукции диаметром менее 5 мм проводятся только с учетом требований стандартов на эти виды продукции.

3.2. Допускается испытание образцов и изделий, пропорциональных нормальным, а также трубчатых образцов.

Примечание. Результаты испытания трубчатых образцов могут быть использованы только при отсутствии потери их устойчивости.

3.3. Форма и размеры головок образца определяют способом крепления образца в захватах испытательной машины.

3.4. Переход от рабочей части образца к его головкам должен быть плавным с радиусом закругления не менее 3 мм.

3.5. Разность между наибольшим и наименьшим диаметром на рабочей части основного образца не должна превышать 0,2% номинального значения диаметра.

3.6. Измерение диаметра образца производится с погрешностью не более 0,01 мм, а его длины с погрешностью не более 0,1 мм.

3.7. Проверку размеров образца проводят до испытания измерительным инструментом, обеспечивающим требования п. 3.6.

3.8. Технология изготовления образцов не должна оказывать влияния на механические свойства исходного материала.

3.9. Шероховатость поверхности рабочей части основных цилиндрических образцов должна соответствовать Ra < 0,63 мкм по ГОСТ 2789-73.

4. Проведение испытаний и обработка результатов

4.1. При испытании на кручение величину нагрузки отсчитывают с точностью до одного деления шкалы силоизмерителя. Точность измерения углов соответствует цене деления угломера. Вычисление механических характеристик по результатам испытаний проводится с точностью 1%.

4.2. Определение модуля сдвига при кручении.

4.2.1. Устанавливают и закрепляют испытуемый образец в захватах испытательной машины. Нагружают образец крутящим моментом, соответствующим начальному касательному напряжению тау_0, составляющему 10% ожидаемого предела пропорциональности материала, закрепляют на рабочей части образца угломер и отмечают первоначальное показание угломера, принимаемое за нулевое.

4.2.2. Нагружение образца крутящим моментом осуществляют равными ступенями (не менее трех) таким образом, чтобы напряжения в образце не превышали предела пропорциональности, и регистрируют на каждой ступени нагружения углы закручивания образца на его расчетной длине. Время регистрации угла закручивания не должно превышать 10 с.

4.2.3. Модуль сдвига при кручении (G) в МПа (кгс/мм2) вычисляют по формуле

           Дельта T х l

     G = ---------------- ,

          Дельта фи х I

                       p

     где Дельта T  - ступень нагружения, Н х мм (кгс х мм);

         l         - расчетная длина образца, мм;

         Дельта фи - среднее арифметическое значение  углов  закручивания

на расчетной длине образца, приходящихся на одну ступень нагружения, рад;

         I         - полярный момент инерции, мм4.

          р

Примечание. Для образца круглого сечения диаметром D полярный момент инерции вычисляют по формуле

                  4

            пи х D

     I  = ----------- .

      p       32

Для трубчатого образца кольцевого сечения с внешним диаметром D и толщиной стенки дельта

                3                                           2

          пи х D  х дельта          3 х дельта   4 х дельта    2 х дельта

     I  = ----------------- х [1 - (---------- + ----------- - -----------)] .

      p          4                       D              2            3

                                                       D            D

4.2.4. Пример определения модуля сдвига при кручении приведен в справочном приложении 2.

4.2.5. Модуль сдвига при кручении может быть также определен по тангенсу угла наклона прямолинейного участка диаграммы деформации, соответствующего упругому деформированию, если масштаб диаграммы обеспечивает не более 0,01% относительного сдвига на 1 мм оси абсцисс и не более 1 МПа (0,102 кгс/мм2) касательного напряжения на 1 мм оси ординат.

4.3. Определение предела пропорциональности при кручении

4.3.1. Выполняют операции, установленные в п. 4.2.1.

4.3.2. Догружают образец вначале большими, а затем малыми ступенями, отмечая после каждой ступени нагружения угловую деформацию. Нагружение большими ступенями осуществляют до 80% ожидаемого предела пропорциональности. Ступени малых нагружений выбирают так, чтобы до достижения предела пропорциональности было не менее пяти ступеней малых нагружений. Значение малой степени нагружения должно соответствовать увеличению касательного напряжения не более 10 МПа (1,02 кгс/мм2).

4.3.3. Испытание прекращают, когда угловая деформация от нагружения на малую ступень превысит не менее чем в два раза среднее значение угловой деформации, полученное на предыдущих ступенях нагружения на линейном участке.

4.3.4. Определяют значение приращения угла закручивания на малую ступень нагружения на линейном участке. Полученное значение увеличивают в соответствии с принятым допуском. По результатам испытаний определяют нагрузку Т_пц, соответствующую подсчитанному значению приращения угла закручивания. Если вычисленная в соответствии с принятым допуском величина угловой деформации повторяется несколько раз, то за нагрузку Т_пц принимают первое (меньшее) значение нагрузки.

Примечание. В случаях, когда необходимо уточненное значение предела пропорциональности, допускается применение линейной интерполяции.

4.3.5. Нагрузка Т_пц может быть также определена по диаграмме деформации, показанной на черт. 1, если масштаб диаграммы обеспечивает не более 0,05% относительного сдвига на 1 мм оси абсцисс и не более 5 МПа (0,51 кгс/мм2) касательного напряжения на 1 мм оси ординат.

4.3.5.1. Для определения Т_пц по диаграмме проводят прямую ОЕ, совпадающую с начальным прямолинейным участком кривой деформации. Через точку О проводят ось ординат ОТ, затем прямую АВ, параллельную оси абсцисс на произвольном уровне, и на этой прямой откладывают отрезок kn, равный половине отрезка mk. Через точку n и начало координат проводят прямую On и параллельно ей касательную CD к кривой деформации. Ордината точки касания F соответствует Т_пц.

4.3.6. Предел пропорциональности при кручении (тау_пц) в МПа (кгс/мм2) вычисляют по формуле

              T

               пц

     тау   = ----- ,

        пц    W

               p

     где W  - полярный момент сопротивления, мм3.

          р

Примечание. Для образца круглого сечения момент сопротивления вычисляют по формуле

                3

          пи х D

     W  = ------- .

      p     16

Для трубчатого образца кольцевого сечения -

                2                                          2             3

          пи х D  х дельта          3 х дельта   4 х дельта    2 х дельта

     W  = ----------------- Х [1 - (---------- + ----------- - -----------)] .

      p          2                       D              2            3

                                                       D            D

4.3.7. Пример определения предела пропорциональности при кручении приведен в справочном приложении 3.

4.4. Определение предела текучести при кручении

4.4.1. Выполняют операции, установленные в пп. 4.2.1 и 4.3.2-4.3.4. Деформацию до предела пропорциональности считают упругой, а за пределом пропорциональности - остаточной.

4.4.2. Вычисляют относительный сдвиг (гамма_пц) в процентах по формуле

               фи   х D

                 пц

     гамма   = -------- х 100 ,

          пц    2 х l

     где фи   - угол  закручивания  образца   на  его   расчетной  длине,

           пц   соответствующий пределу пропорциональности  при кручении,

                рад;

         D    - диаметр рабочей части образца, мм;

         l    - расчетная длина образца, мм.

4.4.3. Прибавляют к относительному сдвигу гамма_пц допуск на остаточный сдвиг 0,3% и по величине гамма_пц+0,3% находят соответствующий пределу текучести угол закручивания расчетной длины образца.

4.4.4. Продолжают нагружение образца за пределом пропорциональности до тех пор, пока не будет достигнут угол закручивания фи_тау, соответствующий значению гамма_пц+0,3% и фиксируют нагрузку Т_тау, соответствующую пределу текучести.

4.4.5. Нагрузка Т_тау может быть# также определяться по диаграмме деформаций, показанной на черт. 2, если масштаб диаграммы обеспечивает не более 0,05% относительного сдвига на 1 м оси абсцисс и не более 5 МПа (0,51 кгс/мм2) касательного напряжения на 1 мм оси ординат.

4.4.5.1. Для определения Т_тау от начала координат О откладывают по оси абсцисс отрезок ОЕ, соответствующий остаточному сдвигу гамма = 0,3%. Начальная криволинейная часть диаграммы исключается. Из точки Е проводят прямую, параллельную прямой ОА, до пересечения с кривой (точка М). Ордината точки М пересечения прямой с кривой диаграммы является значением нагрузки Т_тау, соответствующей пределу текучести.

4.4.6. Предел текучести при кручении тау_0,3 в МПа (кгс/мм2) вычисляют по формуле

              T

               тау

     тау    = ---- .

        0,3    W

                p

4.4.7. Пример определения предела текучести приведен в справочном приложении 4.

4.5. Определение условного предела прочности при кручении

4.5.1. Устанавливают и закрепляют образец в захватах испытательной машины и нагружают до разрушения, фиксируя разрушающую нагрузку Т_к. Одновременно регистрируют максимальный угол закручивания фи_max на расчетной длине образца, который используется при подсчете гамма_max (см. п. 4.7).

4.5.2. Условный предел прочности при кручении (тау_пч) в МПа (кгс/мм2) вычисляют по формуле

              T

               к

     тау   = ---- .

        пч    W

               p

4.6. Определение истинного предела прочности при кручении

4.6.1. Устанавливают и закрепляют образец в захватах испытательной машины и нагружают до появления пластических деформаций.

4.6.2. Ступенчато догружают образец до разрушения, фиксируя нагрузки Т_1 и соответствующие им углы закручивания фи_1 на расчетной длине образца в процессе монотонного деформирования образца с заданной скоростью.

4.6.3. Вычисляют относительные углы закручивания (тэта_1) в рад/мм по формуле

             фи

               i

     тэта  = ---- .

         1     l

4.6.4. По вычисленным значениям тэта_1 и нагрузки T_1 строят конечный участок кривой в координатах T-тэта (можно также воспользоваться диаграммой T-фи, зарегистрированной в процессе испытания). Для точки кривой, соответствующей моменту разрушения образца, графически определяют величину d х T/d х тэта, равную тангенсу угла между касательной к кривой в этой точке и осью абсцисс (с учетом масштаба). Размерность указанной величины кгс х мм/рад/мм.

4.6.5. Истинный предел прочности при кручении (тау_к) в МПа (кгс/мм2) вычисляют по формуле

                4                           d х T

     тау  = -------- Х [3 х T  + тэта  х ( -------- ) ] ,

        к          3         к       к     d х тэта  к

             пи х D

     где T             - крутящий   момент   при   разрушении    образца,

          к              кгс х мм;

         тэта          - относительный  угол  закручивания при разрушении

             к           образца, рад/мм;

            d х T

         ( -------- )  - величина,   определяемая   графически   согласно

           d х тэта  к   п. 4.6.4.

4.7. Максимальный остаточный сдвиг при кручении (гамма_max) вычисляют по формуле

                фи    х D

                  max

     гамма    = --------- ,

          max     2 х l

если величина сдвига не превышает 0,1 рад. При большей деформации максимальный остаточный сдвиг определяют по формуле

                       фи    х D

                         max

     гамма    = arctg (---------) ,

           max            2 х l

     где фи    - максимальный  угол   закручивания   на  расчетной  длине

           max   образца, рад (п. 4.5.1).

Допускается выражать гамма_max в процентах, путем умножения подсчитанной величины на 100.

Примечание. Для пластичных металлов, у которых величина упругой деформации относительно мала (не более 10% от общей деформации), допускается принимать общий сдвиг за остаточный. Для малопластичных металлов, у которых упругая деформация относительно велика, для определения максимального остаточного сдвига гамма(n)_max следует вычитать из общего сдвига гамма_max упругий сдвиг гамма(y), вычисляемый по формуле

              тау

          y      пч

     гамма  = ----- ,

                G

     где тау   - условный  предел  прочности  при кручении  данного мате-

            пч   риала, МПа (кгс/мм2);

         G     - модуль сдвига данного материала, МПа (кгс/мм2).

4.8. Указанные в п. 1.2 механические характеристики могут определяться по результатам испытания на кручение одного образца путем совмещения соответствующих операций, указанных в пп. 4.2-4.7.

4.9. Примерная форма протокола испытания на кручение цилиндрических образцов приведена в справочном приложении 5.