Приложение 2 (обязательное). Методы определения механических свойств конструкционных материалов

Приложение 2
(обязательное)

Методы определения механических свойств конструкционных материалов

1. Дополнительные понятия и определения

- относительная деформация ползучести

- напряжение, МПа

- начальная площадь поперечного сечения образца,

- амплитуда деформации цикла

- размах напряжений в цикле, МПа

- размах деформаций в цикле

r - коэффициент асимметрии цикла нагружения

- коэффициент снижения циклической прочности сварных соединений

- относительное равномерное удлинение образца, %

- относительное удлинение при длительном статическом нагружении при температуре T, К (°C), после разрушения, %

- относительное равномерное сужение площади поперечного сечения образца, соответствующее , %

- относительное сужение площади поперечного сечения образца за время длительного статического нагружения t при температуре T, К (°C), %

T - температура испытания, К (°C)

t - время до разрушения, ч

2. Методы испытания на растяжение

2.1. Статические испытания, обработка результатов испытаний на растяжение изделий из сталей и сплавов, кроме проволоки, труб, а также ленты из листового металла толщиной менее 0,5 мм, проводятся по ГОСТ 1497-84 при температуре 293 К , по ГОСТ 9651-84 при повышенных температурах до 1473 К (1200°C) и по ГОСТ 11150-84 при пониженных температурах.

2.2. Методы испытаний на растяжение материалов труб для определения механических характеристик при температуре 293 К и типы образцов приводятся в ГОСТ 10006-80, при повышенных температурах - в ГОСТ 19040-81.

2.3. Начальная расчетная длина образцов из цветных сплавов для испытаний на растяжение при комнатной и повышенной температурах принимается равной (пятикратные образцы).

В протоколе испытаний и в сертификатах на поставляемые цветные металлы и сплавы указывается относительное удлинение , определенное на пятикратных образцах.

2.4. Дополнительно к ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 9651-84 в случае необходимости при статических испытаниях материалов на растяжение определяют относительное равномерное сужение площади поперечного сечения образца . Относительное равномерное сужение определяют пересчетом по относительному равномерному удлинению , соответствующему максимальной нагрузке Pb на диаграмме растяжения (P-L или ):

.

2.5. Оценка результатов испытаний при кратковременном статическом растяжении материалов проводится в соответствии с требованиями стандартов, технических условий, чертежей и другой технической документации на материал.

3. Методы испытания на ползучесть

3.1. Испытания на ползучесть и определение условного предела ползучести, машины и приборы, применяемые для испытания металлов на ползучесть, формы и размеры образцов должны отвечать требованиям ГОСТ 3248-81.

3.2. При построении по результатам испытаний первичных кривых ползучести в координатах участок кривой с постоянной скоростью ползучести получают обработкой данных испытаний методом наименьших квадратов. При этом в качестве независимой переменной принимают x = t и зависимой .

3.3. Данные испытаний на ползучесть используют для построения изохронных кривых деформирования.

4. Методы испытания на длительную прочность

4.1. Испытания на длительную прочность, машины, применяемые для испытания металлов и сплавов на длительную прочность, нагревательные устройства и контроль температуры, типы образцов должны отвечать требованиям ГОСТ 10145-81.

4.2. По результатам испытаний устанавливают зависимости между напряжением, , и временем до разрушения, выраженные графически в логарифмических координатах.

При построении кривых длительной прочности, в частности при определении предела длительной прочности экстраполяцией, могут быть использованы другие системы координат.

4.3. Кривые длительной прочности в координатах напряжение-время строятся по данным испытаний. Среднюю линию длительной прочности определяют методом наименьших квадратов. В качестве зависимой случайной величины выбирается функция напряжения , независимой - время (x = lg t).

4.4. Рекомендуемый метод определения характеристик жаропрочности приводится в приложении 6.

5. Методика определения критической температуры хрупкости

5.1. Общие положения

5.1.1. Под критической температурой хрупкости понимается температура, принимаемая за температурную границу изменения характера разрушения материала от хрупкого к вязкому. Она определяется по энергии, затрачиваемой на разрушение, в качестве показателя которой принимается ударная вязкость, и по виду излома образцов, в качестве показателя которого принимается доля вязкой составляющей в изломе или значение поперечного расширения образца в зоне излома.

5.1.2. Для определения критической температуры хрупкости проводят испытания образцов с надрезом типа V на ударный изгиб в выбранном интервале температур.

5.1.3. На основании полученных результатов испытаний строят зависимости ударной вязкости, вязкой составляющей в изломе и поперечного расширения образца от температуры испытаний.

5.1.4. По заданным критериальным значениям ударной вязкости и вязкой составляющей в изломе с использованием зависимостей по п. 5.1.3 определяют значения критической температуры хрупкости.

Средние и минимальные значения поперечного расширения образца приводятся как справочные при критической температуре хрупкости и температуре .

5.2. Отбор проб для изготовления образцов

5.2.1. Для сварных соединений пробы, из которых изготавливаются образцы для определения критической температуры хрупкости, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 6996-66.

5.2.2. Для основного материала пробу отбирают от материала, прошедшего все стадии пластической деформации и термической обработки. Для материалов, для которых предусмотрен в качестве термической обработки режим отжига с постепенным охлаждением, допускается термическую обработку проводить непосредственно на пробе.

5.2.3. При отборе проб должны быть обеспечены условия, предохраняющие их от влияния нагрева и наклепа при механической обработке, или предусмотрены соответствующие припуски.

5.2.4. Пробы из поковок, листов, прутков, отливок, крепежных материалов и трубных изделий с минимальной толщиной металла более 50 мм должны быть вырезаны таким образом, чтобы продольные оси изготовляемых образцов отстояли от любой поверхности полуфабрикатов, из которых они вырезаются, на расстояние не менее 1/4 толщины металла полуфабриката в зоне вырезки проб.

5.2.5. Пробы из поковок, листов, прутков, отливок, крепежных материалов и трубных изделий с минимальной толщиной металла до 50 мм включительно должны быть вырезаны таким образом, чтобы продольные оси изготовляемых образцов могли быть расположены возможно ближе к средней (центральной) части сечения металла полуфабрикатов (стенки трубы).

5.2.6. Расстояние от края пробы до торца заготовки должно отвечать требованиям технических условий. В случае если в технических условиях такие требования не оговорены, указанное расстояние должно быть не меньше толщины (диаметра) заготовки для заготовок с отношением толщины (диаметра) к длине менее 1/4 и не менее 1/4 толщины (диаметра) в остальных случаях.

5.2.7. В случаях, не предусмотренных пп. 5.2.4 и 5.2.5, образцы вырезаются из зон, регламентируемых соответствующей нормативно-технической документацией, а при отсутствии таких указаний - из зон, определяемых организацией, проводящей испытания.

5.3. Ориентация образцов

5.3.1. Продольные оси образцов, вырезаемых из поковок, штамповок, листового и сортового проката, должны быть ориентированы параллельно их наружной поверхности в направлении, перпендикулярном основному направлению обработки материала (кроме направления по толщине), под которым понимается направление проката, волочения, ковки, прошивки и т.п.

Ориентация образцов из сварных соединений должна удовлетворять требованиям ГОСТ 6996-66.

5.3.2. Продольные оси образцов, вырезаемых из прутков, крепежных заготовок и труб (кроме изготовленных из листа), должны быть ориентированы вдоль их осей.

5.3.3. Продольные оси образцов, вырезаемых из отливок, должны быть ориентированы параллельно наружной поверхности.

5.3.4. Продольная ось надреза образца должна быть перпендикулярна поверхности изделия или полуфабриката.

5.3.5. В случаях, не предусмотренных в пп. 5.3.1-5.3.4, ориентация продольных осей образцов указывается в соответствующей нормативно-технической документации, а при отсутствии таких указаний определяется организацией, проводящей испытания.

5.4. Методика проведения испытаний на ударный изгиб

5.4.1. Образцы, аппаратура.

5.4.1.1. Для основного металла при испытании на ударный изгиб используются образцы типа II по ГОСТ 9454-78, а для сварных соединений - образцы типа IX по ГОСТ 6996-66.

5.4.1.2. Изготовляемые образцы следует маркировать с двух концов на торцах или на гранях, исключая грань, на которую наносится надрез, на расстоянии не более 15 мм от торца образца. В случае клеймения ударным способом маркировка должна наноситься до выполнения надреза.

5.4.1.3. Аппаратура для проведения испытаний и правила проведения испытаний должны соответствовать ГОСТ 9454-78.

5.4.2. Проведение испытаний.

5.4.2.1. Температурный интервал испытаний должен быть таким, чтобы в него обязательно входили точки , , , и .

5.4.2.2. Если ориентировочное значение заранее известно, допускается проводить испытания в интервале температур . Если ориентировочное значение заранее не известно, рекомендуется определить значение ударной вязкости при 20°C и в зависимости от полученного при этой температуре значения определить интервал температур дальнейших испытаний.

5.4.2.3. При каждой температуре испытывается не менее трех образцов.

5.4.3. Обработка результатов испытаний.

5.4.3.1. Для каждого из испытываемых образцов определяют ударную вязкость, вязкую составляющую в изломе и поперечное расширение.

5.4.3.2. Ударную вязкость определяют как отношение работы разрушения образца к площади нетто - сечения образца в зоне надреза.

5.4.3.3. Значения вязкой составляющей в изломе определяют согласно ГОСТ 4543-71.

5.4.3.4. В случаях, когда определение вязкой составляющей по п. 5.4.3.3 затруднено (отсутствуют видимые границы зон хрупкого и вязкого изломов), допускается при аттестации материалов использовать другие методы определения вязкой составляющей (например, измерение площади планиметром, фрактографию и др.) и соответствующие критериальные значения вязкой составляющей в изломе.

Применяемые методы и критериальные значения вязкой составляющей в изломе должны быть согласованы организацией, проводящей испытания, с головной материаловедческой организацией.

5.4.3.5. Поперечное расширение ударного образца представляет собой остаточную (пластическую) деформацию на грани, противоположной надрезу, и измеренную в направлении надреза, как показано на рис. П2.1, и определяют по формуле

.

Поперечное расширение определяют на половинках разрушившихся после испытаний на ударный изгиб образцов. Измерения поперечного расширения следует производить с погрешностью мм.

5.4.3.6. Определяют среднеарифметические значения ударной вязкости и минимальные значения вязкой составляющей в изломе и поперечного расширения по данным, полученным при испытаниях трех образцов при каждой температуре испытаний. На графиках в координатах ударная вязкость - температура, вязкая составляющая в изломе - температура и поперечное расширение - температура наносят указанные значения и последовательно соединяют их прямыми линиями. Здесь же наносят точками значения ударной вязкости, волокнистости излома и поперечного расширения для каждого из испытанных образцов. Полученные графики являются исходной информацией для определения критической температуры хрупкости.

5.5. Определение критической температуры хрупкости

5.5.1. В качестве критической температуры хрупкости принимают температуру, для которой выполняются следующие условия.

5.5.1.1. При температуре среднеарифметическое значение ударной вязкости должно быть не ниже значений, указанных в табл. П2.1, а минимальное значение ударной вязкости - не ниже 70% значений, указанных в табл. П2.1.

Таблица П2.1. Критериальные значения ударной вязкости при температуре , °C

Предел текучести при температуре 20°C , МПа	Ударная вязкость ,
До 304 (31) включительно	29 (3,0)
304 (31) до 402 (41) включительно	39 (4,0)
402 (41) до 549 (56) включительно	49 (5,0)
549 (56) до 687 (70) включительно	59 (6,0)

5.5.1.2. При температуре среднеарифметическое значение ударной вязкости должно быть не ниже значений, указанных в табл. П2.2, минимальное значение ударной вязкости - не ниже 70% значений, указанных в табл. П2.2, минимальное значение вязкой составляющей в изломе - не ниже 50%.

Таблица П2.2. Критериальные значения ударной вязкости при температуре , °C

Предел текучести при температуре 20°C , МПа	Ударная вязкость ,
До 304 (31) включительно	44 (4,5)
304 (31) до 402 (41) включительно	59 (6,0)
402 (41) до 549 (56) включительно	74 (7,5)
549 (56) до 687 (70) включительно	89 (9,0)

5.5.2. Если на одном из трех испытанных образцов не будет удовлетворяться какое-либо из условий, указанных в пп. 5.5.1.1 и 5.5.1.2, допускается проведение испытаний еще трех образцов.

При этом при определении соответствия полученных результатов требованиям пп. 5.5.1.1 и 5.5.1.2 используют показания пяти образцов, за исключением образца, для которого при первом испытании были получены неудовлетворительные результаты.

5.5.3. Если при дополнительных испытаниях, указанных в п. 5.5.2, хотя бы на одном образце будут получены неудовлетворительные показатели, то за критическую температуру принимается ближайшая высокая температура, при которой результаты испытаний удовлетворяют требованиям пп. 5.5.1.1 и 5.5.1.2.

5.5.4. При обнаружении дефектов (в виде раковин, расслоений и т.п.) в изломе образца допускается результаты его испытания исключить из рассмотрения и испытать новый образец.

5.5.5. Порядок обработки результатов испытаний принимают следующим.

5.5.5.1. По известному значению предела текучести материала при температуре 20°C выбирают по табл. П2.1 и П2.2 соответствующие критериальные значения ударной вязкости и . При определении и для зоны сплавления и околошовной зоны сварного соединения используют предел текучести основного металла.

Предел текучести определяют как среднее значение результатов испытаний трех и более образцов или как максимальное значение, если при испытаниях использовали два образца.

5.5.5.2. На графике ударная вязкость - температура на оси ординат (ось KCV) откладывают значение . Через полученную точку проводят линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой ударной вязкости.

Ближайшую от точки пересечения более высокую температуру, при которой проводились испытания, принимают за температуру .

5.5.5.3. На графике ударная вязкость - температура на оси ординат откладывают значение . Через полученную точку проводят линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой ударной вязкости.

Ближайшую от точки пересечения более высокую температуру, при которой проводились испытания, принимают за температуру .

5.5.5.4. На графике вязкая составляющая в изломе - температура на оси ординат откладывают значение B = 50%. Через полученную точку проводят линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой, построенной по минимальным значениям вязкой составляющей.

Ближайшую от точки пересечения более высокую температуру, при которой проводились испытания, принимают за температуру .

5.5.5.5. Если при выполнении требований пп. 5.5.5.2-5.5.5.4 линии, проводимые параллельно оси абсцисс, пересекают соответствующие кривые в двух и более точках, то температуры , и следует определять по правым крайним точкам пересечения.

5.5.5.6. из температур и обозначают T2.

5.5.5.7. Если разница между температурами и оказывается меньше, чем 30°C, то температуру принимают в качестве ориентировочного значения критической температуры хрупкости .

5.5.5.8. Если условие п. 5.5.5.7 не выполняется, то определяют по формуле .

5.5.5.9. Проводят дополнительные испытания при температурах , , , , уточняют кривые ударной вязкости, вязкой составляющей в изломе и в соответствии с указаниями пп. 5.5.5.2-5.5.5.8 окончательно устанавливают значение критической температуры хрупкости (если при проведении испытаний уже были определены значения KCV и B при температурах, указанных в данном пункте, проведение дополнительных испытаний при этих температурах не требуется).

5.5.6. Подтверждение критической температуры хрупкости может проводиться в тех случаях, когда ее гарантированное значение указано в нормативно-технической или конструкторской документации. При подтверждении критической температуры хрупкости испытания проводятся с соблюдением требований настоящей методики в следующей последовательности:

1) проводятся испытания при гарантированной температуре и температуре ;

2) проверяется соблюдение условий п. 5.5.1.1 при температуре и п. 5.5.1.2 при температуре , при этом действуют условия пп. 5.5.2-5.5.4.

Если условия 1) и 2) выполняются, то критическая температура хрупкости считается подтвержденной.

Если требования п. 5.5.1.2 выполняются при температуре , то испытания при температуре допускается не проводить.

Если требования пп. 5.5.1.1 и 5.5.1.2 при температурах и не удовлетворяются, то критическая температура хрупкости считается неподтвержденной.

6. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости вследствие термического старения

6.1. Общие положения

6.1.1. Сдвиг критической температуры хрупкости вследствие термического старения определяется по формуле

,

где - критическая температура хрупкости материала, подвергавшегося термическому старению; - критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии (до старения).

6.1.2. Определение значений и проводится в соответствии с указаниями разд. 5 настоящего приложения.

6.1.3. Отбор проб, требования к образцам и их изготовлению и ориентация в исследуемом полуфабрикате должны удовлетворять указаниям разд. 5 настоящего приложения.

6.2. Проведение испытаний и обработка результатов

6.2.1. Термическому старению подвергаются заготовки размером не менее 60x13x13 мм.

6.2.2. Температуру термического старения задают в соответствии с нормативно-технической документацией на изделие или материал: она не должна быть меньше расчетной температуры или превышать ее более чем на 100°C.

6.2.3. В процессе выдержки образцов при термическом старении допускается колебание температуры в пределах от номинального значения температуры старения.

6.2.4. Заготовки образцов для испытаний на ударный изгиб выдерживаются при заданной температуре в течение 500, 1000, 3000, 5000, 7500 и 10 000 ч.

Для сталей, не имеющих экстремума изменения в процессе старения при выдержке от 5000 до 10 000 ч, испытания с продолжительностью выдержки 7500 ч допускается не проводить.

6.2.5. По результатам испытаний на ударный изгиб образцов, вырезанных из заготовок, подвергавшихся старению в течение различных промежутков времени, определяют значение и в соответствии с п. 6.1.1 - значения на базах, указанных в п. 6.2.4.

6.2.6. Если значения для всех интервалов времени отрицательны, расчетное значение принимается равным нулю.

6.2.7. В случае монотонного, стремящегося к насыщению изменения зависимости от времени старения, экспериментальные данные для различной продолжительности старения аппроксимируют уравнением

,

где , p - эмпирические постоянные, определяемые с помощью методов математической статистики; t - время старения.

В качестве расчетного значения принимают значение , если разница между и сдвигом, полученным по формуле настоящего пункта на базе 10 000 ч, не превышает 10°C. В противном случае расчетное значение для длительности эксплуатации не более 100 000 ч следует определять по формуле настоящего пункта. При необходимости экстраполяции на более длительный срок следует увеличить продолжительность старения. При этом экстраполяцию допускается проводить на время, не превышающее десятикратную максимальную продолжительность старения.

6.2.8. При экстремальном характере зависимости от времени старения в интервалах времени по п. 6.2.4 используется аппроксимация ниспадающего участка зависимости по уравнению

,

где - сдвиг критической температуры хрупкости в области экстремума; - время старения, при котором наблюдается экстремум (максимум); b, c - эмпирические постоянные, определяемые с помощью методов математической статистики.

6.2.9. Если при температуре и длительности старения по пп. 6.2.2 и 6.2.4 имеет место монотонное увеличение , не стремящееся к насыщению, допускается устанавливать зависимость от времени старения с использованием параметра Холомона по формуле

,

где t - длительность старения, ч; T - температура старения, °C; k - эмпирическая постоянная, определяемая методами математической статистики.

При этом температура старения должна превышать установленную по п. 6.2.2 на 50°C, а длительность старения составлять 1000, 3000, 5000 ч.

Указанная в этом пункте методика применима при условии одинакового характера изменения зависимостей при используемых температурах старения.

7. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости вследствие накопления усталостных повреждений

7.1. Общие положения

7.1.1. Сдвиг критической температуры хрупкости вследствие накопления усталостных повреждений определяется по формуле

,

где - критическая температура хрупкости материала, подвергавшегося циклическому нагружению; - критическая температура хрупкости материала в исходном состоянии (до циклического нагружения).

7.1.2. Определение значений и проводится в соответствии с указаниями разд. 5 настоящего приложения.

7.1.3. Отбор проб, требования к их изготовлению и ориентации в полуфабрикате должны удовлетворять указаниям разд. 5 настоящего приложения.

7.1.4. Определение проводят по результатам испытаний на ударный изгиб образцов, вырезаемых из рабочей части базовых образцов.

7.2. Проведение испытаний

7.2.1. Для назначения режимов циклического нагружения базовых образцов используется кривая усталости исследуемого материала в диапазоне циклов, получаемая при жестком нагружении.

Допускается расчетное определение кривых усталости без введения коэффициентов запаса по напряжениям и числу циклов с использованием фактических характеристик прочности и пластичности исследуемого материала.

7.2.2. Базовые образцы, изготовленные из исследуемого материала, подвергают циклическому нагружению при температуре . Перед нагружением базовых образцов производится определение критической температуры хрупкости исследуемого материала в исходном состоянии.

7.2.3. Для циклически разупрочняющихся материалов (с соотношением ) циклическое нагружение базовых образцов проводят при осевом растяжении в мягком режиме с коэффициентом асимметрии цикла по нагрузке до накопления остаточной осевой деформации . При этом напряжение должно соответствовать значению, обеспечивающему накопление требуемой остаточной деформации не менее чем за циклов.

Допускается применять нагружение базовых образцов изгибом в мягком режиме с коэффициентом асимметрии . При этом в зоне вырезки готовых ударных образцов (в месте надреза), расположенной только в зоне остаточных деформаций растяжения, деформация металла базовых образцов должна быть на уровне . Надрез на ударном образце следует располагать со стороны максимальной пластической деформации.

7.2.4. Для циклически стабильных и циклически упрочняющихся материалов (с соотношением ) назначение режимов нагружения базовых образцов производят исходя из кривой малоцикловой усталости исследуемого материала при симметричном цикле по п. 7.2.1, определяя значения амплитуд условных упругих напряжений (деформаций), соответствующих числам циклов и . При указанных амплитудах напряжений (деформаций) проводят нагружение базовых образцов до накопления усталостного повреждения a не менее 0,3.

Допускается проводить нагружение базовых образцов знакопеременным изгибом (r = -1), при этом в пределах размеров готовых образцов (в месте надреза) амплитуда деформаций не должна различаться более чем на 10%. Надрез на ударном образце следует располагать в месте наибольшего значения амплитуды деформаций.

7.2.5. Расчетный сдвиг критической температуры хрупкости определяют в соответствии с п. 7.1.1 и принимают равным наибольшему значению, полученному в рассматриваемом диапазоне чисел циклов нагружения, напряжений (деформаций). Если окажется, что , следует принять в качестве расчетной характеристики .

8. Методика определения сдвига критической температуры хрупкости вследствие влияния облучения и коэффициента радиационного охрупчивания

8.1. Общие положения

8.1.1. Сдвиг критической температуры хрупкости вследствие влияния облучения определяется по формуле

,

где ; - критическая температура хрупкости материала после облучения; - критическая температура хрупкости материала в исходном (до облучения) состоянии.

8.1.2. Коэффициент радиационного охрупчивания определяется из соотношения

,

где - перенос нейтронов с энергией E > 0,5 МэВ; ; n - коэффициент.

8.2. Облучение образцов

8.2.1. Облучение образцов может производиться как в исследовательских, так и в энергетических реакторах, как в сухих ампулах, так и в потоке теплоносителя.

8.2.2. Образцы-свидетели, загружаемые в корпус ядерного энергетического реактора, размещают в герметичных контейнерах, собираемых в гирлянду.

8.2.3. При облучении образцов, загружаемых в реактор в герметичных ампулах, должен быть обеспечен надежный отвод тепла от образца с помощью наполнителей (алюминий, гелий, натрий или другие).

8.2.4. Отклонение температуры от заданной при облучении на стационарном режиме не должно превышать .

8.2.5. При облучении образцов в герметичных ампулах непрерывный контроль температуры должен осуществляться термопарами, закрепленными на образцах точечной сваркой на их поверхности или запрессованными внутрь образца. Расстояние между термопарами определяется конструкцией облучательного устройства, но не должно быть более 200 мм.

Контроль за изменением температуры в процессе облучения должен осуществляться автоматически с записью на самопишущих приборах. Погрешность показаний должна быть не более . Рекомендуется устанавливать индикаторы фиксации максимальной температуры облучения, которые должны устанавливаться непосредственно на образцах.

В случае невозможности установки термопар при облучении в энергетических реакторах допускается проводить контроль максимальной температуры облучения только при помощи алмазных мониторов или плавких термоиндикаторов.

8.2.6. При облучении образцов в негерметичных ампулах температура облучения контролируется по температуре теплоносителя на входе и выходе из активной зоны или технологического канала.

8.2.7. Плотность потока быстрых нейтронов с энергией МэВ по высоте размещения образцов, предназначенных для определения при выбранном значении переноса нейтронов, не должна различаться более чем на 15%.

8.2.8. Перенос быстрых нейтронов, воздействующих на образцы, определяется с помощью активационных индикаторов. Количество индикаторов и расстояние между ними в радиальном и осевом направлениях облучательного устройства выбирают в зависимости от его геометрии и размеров, но не менее трех (в центре и по краям). Погрешность определения переноса нейтронов должна быть не более измеряемой величины.

8.2.9. Отчет о проведении облучения должен содержать следующие данные:

1) номенклатуру и порядок размещения образцов в реакторе;

2) энергетический спектр нейтронов в месте размещения образцов в реакторе;

3) записи температуры образцов в процессе облучения, тип термопар и способ их крепления;

4) распределение температуры по высоте облучательного устройства за весь период облучения;

5) тип индикаторов для определения переноса нейтронов и их распределение по сечению и высоте облучательного устройства;

6) график работы реактора с остановками на планово-предупредительный ремонт (ППР);

7) давление, температуру, скорость и химический состав теплоносителя и их изменение в процессе облучения образцов;

8) приведенное к 100% мощности реактора время облучения образцов.

8.2.10. После облучения образцов в контакте с теплоносителем должно быть сделано заключение об их внешнем виде, произведен анализ содержания и распределения в образцах водорода, а также дано заключение о коррозионном воздействии теплоносителя на материал образцов.

8.3. Проведение испытаний и обработка результатов

8.3.1. Испытания на ударный изгиб образцов из материалов в исходном и облученном состояниях должны проводиться на одном и том же оборудовании.

8.3.2. Количество образцов для испытания материала в одном состоянии (облученном или необлученном) должно соответствовать количеству образцов, требуемому для определения критической температуры хрупкости согласно разд. 5 этого приложения. В случае ограниченного количества образцов из-за недостаточного объема устройств для облучения для построения одной температурной зависимости KCV допускается использовать данные испытаний меньшего количества образцов, но не менее 12.

8.3.3. Если количество облученных образцов одной серии (при одном флюенсе) является недостаточным (в силу причин, указанных в п. 8.3.2) для определения критической температуры хрупкости в полном соответствии с указаниями разд. 5 настоящего приложения, то обработку экспериментальных данных испытаний облученных и необлученных образцов проводят следующим способом:

1. Строится график зависимости ударной вязкости (KCV) от температуры испытаний T с использованием уравнения

,

где A - среднее значение KCV между верхним и нижним значениями ударной вязкости; ; - температура, соответствующая значению A; C - эмпирическая константа.

Значения A, B, C и определяют обработкой экспериментальных данных методом наименьших квадратов.

На график наносят экспериментальные значения ударной вязкости для каждого из испытанных образцов.

Полученные по приведенному выше уравнению графики являются исходной информацией для определения критической температуры хрупкости.

2. По известному значению предела текучести материала в исходном состоянии (при определении значения ) или после облучения (при определении значения ) при температуре 20°C в соответствии со значениями, указанными в табл. П2.1, выбирается критериальное значение ударной вязкости . При этом каждое из указанных в таблице значений предела текучести принимается как среднее значение, если для его определения использовалось не менее трех образцов, и как максимальное, если для его определения использовалось два образца.

3. На графике KCV - T на оси ординат (ось KCV) откладывается значение . Через полученную точку проводится линия, параллельная оси абсцисс (ось температур), до пересечения с кривой ударной вязкости.

Температура, соответствующая точке пересечения, обозначается .

4. На графике KCV - T на оси ординат откладывается значение . Через полученную точку проводится линия, параллельная оси абсцисс, до пересечения с кривой ударной вязкости.

Температура, соответствующая точке пересечения, принимается за температуру .

5. Если разность температур окажется меньше 30°C, то температура принимается в качестве значения или (для исходного и облученного состояний соответственно).

6. Если условие 5 не выполняется, то в качестве или принимают значение .

9. Методы испытаний на усталость

9.1. Общие положения

9.1.1. Термины и определения, используемые при проведении испытаний на усталость и обработке экспериментальных данных, устанавливаются в соответствии с ГОСТ 23207-78.

9.1.2. Определяемые характеристики сопротивления усталости используют для:

1) получения характеристик сопротивления усталостному разрушению конструкционных материалов и их сварных соединений, используемых в расчетах на циклическую прочность по настоящим нормам;

2) сравнения материалов и их сварных соединений различных химических составов, технологии их изготовления и качества;

3) обоснования выбора материалов для рассматриваемых элементов оборудования и трубопроводов.

9.1.3. Основными характеристиками, подлежащими определению по результатам испытания металлов и их сварных соединений на циклическую прочность (усталость) в малоцикловой и высокоцикловой областях, являются:

1) диаграмма статического и циклического деформирования до деформаций не менее 3% и константы уравнений кривых деформирования при их степенной аппроксимации;

2) кривые усталости при нагружении с заданными деформациями и константы уравнений кривых усталости при их степенной аппроксимации;

3) кривые усталости при нагружении с заданными усилиями и константы уравнений кривых усталости при их степенной аппроксимации;

4) предел выносливости материала при заданном числе циклов при симметричном нагружении;

5) коэффициенты снижения циклической прочности сварного соединения и металла с наплавкой ;

6) кривые длительной циклической прочности конструкционных материалов и их сварных соединений;

7) коэффициент снижения циклической прочности конструкционных материалов и их сварных соединений с учетом влияния нейтронного облучения;

8) коэффициенты снижения циклической прочности конструкционных материалов и их сварных соединений с учетом влияния коррозионной среды.

9.1.4. Основные требования к экспериментальному оборудованию, форме и размерам образцов, их изготовлению и чистоте поверхности устанавливаются в соответствии с ГОСТ 25.502-79.

9.1.5. Форма и размеры образцов для испытаний выбираются с учетом формы и размеров сечений заготовок для элементов оборудования и трубопроводов АЭУ, а также целей испытаний.

Для стержневых и листовых элементов оборудования с толщиной стенки свыше 20 мм используются преимущественно цилиндрические образцы, а для тонкостенных листовых элементов оборудования с толщиной стенки до 10 мм - плоские образцы.

9.1.6. Деформацию рабочей части образцов типов II и IV по ГОСТ 25.502-79 измеряют продольными деформометрами, при этом расстояние от опор деформометра до переходной части должно быть не менее 2 мм.

9.1.7. При испытаниях образцов типов I и III по ГОСТ 25.502-79 применяются поперечные деформометры.

Определение продольной деформации производится по формулам

или ,

где , - амплитуды пластической поперечной и упругой поперечной деформаций соответственно; , - амплитуды упругопластической поперечной и упругой продольной деформаций соответственно; , - коэффициент Пуассона для пластической и упругой деформаций соответственно. Допускается принимать и .

9.1.8. При проведении испытаний на усталость при повышенных температурах погрешность поддержания и измерения заданной температуры рабочей части образца не должна превышать в диапазоне температур от 50 до 600°C.

9.1.9. Оборудование для нагрева образцов должно обеспечивать нагрев рабочей части образцов типов II и IV (для образцов типов I и III участок с радиусом R) по ГОСТ 25.502-79 с перепадом температур по длине и диаметру (толщине) не более 5°C на 10 мм.

9.1.10. Для материала, испытываемого на усталость, должны быть получены по разд. 2 данного приложения и приложению 6 характеристики кратковременной и длительной статической прочности и пластичности при соответствующих температурах испытаний и длительности нагружения.

9.2. Малоцикловая усталость

9.2.1. Основным режимом малоциклового нагружения образцов является осевое растяжение-сжатие с заданными амплитудами деформаций.

Допускается проведение испытаний при изгибе или кручении.

9.2.2. Для материалов, склонных к циклическому разупрочнению (с отношением предела текучести к пределу прочности свыше 0,7), наряду с испытаниями, указанными в п. 9.2.1, следует проводить испытания с заданной амплитудой напряжений (усилий).

9.2.3. Характеристики сопротивления малоцикловой усталости, указанные в п. 9.1, определяются по результатам испытаний серии образцов, которых должно быть:

1) не менее трех - для определения диаграмм деформирования;

2) не менее десяти - для определения кривых усталости по образованию трещин длиной от свыше 0,5 до 2,0 мм при симметричном цикле деформаций или напряжений.

9.2.4. При склонности образцов типа II и IV по ГОСТ 25.502-79 к потере устойчивости допускается сокращение длины рабочей части l образцов типа II до 2d (d - диаметр рабочей части) и типа IV до (b - высота; h - толщина рабочей части плоского образца).

9.2.5. Испытания на малоцикловую усталость проводятся на воздухе:

1) при осевом растяжении-сжатии (основной вид нагружения);

2) при амплитудах напряжений выше предела текучести и соответствующих деформациях;

3) при симметричном цикле по контролируемому параметру (деформация или напряжение);

4) при числе циклов нагружения от до (не менее);

5) при частоте нагружения до 1 Гц, исключающей саморазогрев образцов более чем на 30°C.

9.2.6. Порядок проведения испытаний:

1) проводятся осмотр и измерение размеров сечения рабочей части образцов с погрешностью не более 0,5% номинального размера;

2) проводятся статические испытания для определения механических свойств;

3) нулевой полуцикл нагружения образцов проводится при растяжении;

4) первый образец испытывается при амплитуде деформаций 1% (при нагружении с заданными деформациями) и деформации нулевого полуцикла 0,6% (при нагружении с заданными нагрузками);

5) последующие образцы в зависимости от результата испытания первого образца испытываются при амплитудах деформации или деформациях нулевого полуцикла, обеспечивающих приблизительно равномерное распределение (в логарифмической шкале) получаемых долговечностей в заданном диапазоне чисел циклов согласно п. 9.2.5;

6) в процессе испытаний проводится запись нагрузок и деформаций на двухкоординатном самописце в нулевом полуцикле и в циклах , , , , где p = 0, 1, 2, 3, 4.

При проведении испытания с целью определения долговечности регистрируется число циклов, соответствующее моменту образования трещины по п. 9.2.3.

9.2.7. По результатам испытаний серии образцов составляется сводный протокол, включающий исходные данные (марка материала, термообработка, тип заготовки, место и ориентация вырезки образцов, форма, размеры и маркировка образца, тип машины, условия испытаний) о серии образцов, данные об амплитудах деформаций, напряжений, долговечности до образования трещин и о константах уравнений диаграмм деформирования.

9.2.8. Результаты испытаний при нагружении с заданными амплитудами деформаций каждого образца серии представляются графически в двойных логарифмических координатах:

1) ;

2) ;

3) .

Указанные выше амплитуды деформаций принимаются для стабилизированного цикла или числа циклов, равного 0,5N.

9.2.9. Результаты испытаний при нагружении с заданными амплитудами напряжений каждого образца серии представляются графически в координатах . При этом амплитуда пластических деформаций устанавливается расчетом по деформации нулевого полуцикла по формуле

,

где - предел пропорциональности в нулевом полуцикле, МПа; E - модуль упругости, МПа; - коэффициент, характеризующий связь между деформацией и шириной петли гистерезиса в первом полуцикле нагружения и принимаемый равным среднему значению совокупности экспериментальных значений A серии образцов по п. 9.2.3, определяемых по формуле

.

9.2.10. Построение кривых усталости по экспериментальным точкам проводится по способу наименьших квадратов.

В случаях определения только амплитуд упругопластических деформаций (без их разделения на упругие и пластические составляющие) построение кривых усталости допускается производить графическим интерполированием.

9.2.11. Расчетные характеристики определяются по кривым усталости:

1) по пп. 9.2.8 и 9.2.10 в пластических деформациях

,

где m, - константы уравнений, которые заносятся в сводный протокол испытаний;

2) по пп. 9.2.8 и 9.2.10 в упругих деформациях

,

где , - константы уравнений, которые заносятся в сводный протокол испытаний;

3) по пп. 9.2.9 и 9.2.10 в пластических деформациях

,

где , - константы уравнений, которые заносятся в сводный протокол испытаний.

9.2.12. Диаграмму циклического деформирования получают по данным испытаний при заданных амплитудах деформаций для стабилизированного цикла или числа циклов, равного 0,5 долговечности в координатах "размах деформаций - размах напряжений ".

9.2.13. Показатель упрочнения кривой циклического деформирования в неупругой области получают построением кривой деформирования в двойных логарифмических координатах как тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой:

.

В сводный протокол испытаний заносится значение показателя упрочнения v, полученное как среднеарифметическое не менее чем для трех образцов.

Диаграмма статического деформирования строится аналогично с заменой , , на , , (напряжение и деформация нулевого полуцикла соответственно).

9.3. Многоцикловая усталость

9.3.1. Характеристики многоцикловой усталости в заданном диапазоне амплитуд напряжений (деформаций) и при заданной асимметрии получаются по результатам испытаний серии образцов, число которых должно быть не менее 12.

9.3.2. Форма и размеры образцов для испытаний выбираются с учетом формы и размеров сечений заготовок для элементов оборудования и целей испытаний.

Для стержневых и листовых элементов оборудования с толщиной стенки свыше 20 мм используются преимущественно цилиндрические образцы, для тонкостенных элементов оборудования с толщиной стенки до 10 мм - плоские образцы.

9.3.3. Основным режимом многоциклового нагружения образцов является осевое растяжение-сжатие.

9.3.4. Испытания на многоцикловую усталость проводятся на воздухе:

1) при осевом растяжении-сжатии (основной вид нагружения);

2) при симметричном цикле нагружения;

3) при числе циклов нагружения для сталей свыше до ;

4) при частоте нагружения до 200 Гц, исключающей саморазогрев образцов более чем на 30° от заданной температуры.

9.3.5. При оценке чувствительности материала к асимметрии цикла, кроме испытаний при коэффициенте асимметрии , проводятся испытания в объеме, указанном в п. 9.3.1, при значениях , где

;

- минимальное напряжение (деформация) цикла нагружения; - максимальное напряжение (деформация) цикла нагружения.

9.3.6. Допускается проведение испытаний при изгибе с вращением образцов круглого сечения типов I и II по ГОСТ 25.502-79, при плоском изгибе образцов типов III и IV по ГОСТ 25.502-79 и при кручении образцов круглого сечения для соответствующего вида нагружения элемента конструкции.

9.3.7. Порядок проведения испытаний:

1) проводятся осмотр и измерение размеров сечения рабочей части образца с погрешностью не более 0,5% номинального размера;

2) первый образец испытывается при амплитуде напряжения (при нагружении с постоянной амплитудой полной деформации эту амплитуду следует принимать равной 0,4%);

3) последующие образцы (примерно 2/3 оставшегося количества) в зависимости от результата испытания первого образца испытывают при амплитудах напряжений (деформаций), обеспечивающих приблизительно равномерное распределение получаемых долговечностей N до образования трещины длиной от 0,5 до 2 мм в заданном диапазоне числа циклов, указанных в п. 9.3.4;

4) предварительно обрабатывают результаты испытаний и получают кривую усталости;

5) для определения предела выносливости на базе испытаний циклов испытывается не менее трех образцов при амплитуде напряжений, принимаемой по предварительной кривой усталости. Если два образца из трех испытанных или не менее половины испытанных образцов не разрушаются до достижения заданного числа циклов, то данная амплитуда принимается равной пределу выносливости;

6) проводится проверка полученного значения предела выносливости испытанием одного образца при амплитуде, равной 0,95 предела выносливости, при этом образец не должен разрушиться при заданном числе циклов;

7) окончательно обрабатываются результаты испытаний и определяются характеристики многоцикловой усталости, при этом ближайшая к пределу выносливости экспериментальная точка должна быть получена при амплитуде не более 1,05 предела выносливости.

9.3.8. По результатам испытаний составляется сводный протокол, в который заносятся исходные данные (марка материала, термообработка, тип заготовки, место и ориентация вырезки образцов, форма, размеры и маркировка образца, условия испытаний) о серии образцов, данные об амплитудах напряжений (деформаций) и долговечности.

9.3.9. Результаты испытаний каждого образца представляются графически в двойных логарифмических координатах .

9.3.10. Построение кривых усталости по экспериментальным точкам проводится по способу наименьших квадратов.

9.3.11. По кривой усталости определяются расчетные характеристики - предел выносливости на заданной базе и показатель степени кривой усталости:

,

где - заданное число циклов (база испытаний).

9.3.12. По результатам испытаний при асимметричном цикле по п. 9.3.5 определяется коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений (деформаций) по формуле

.

9.4. Длительная циклическая прочность

9.4.1. Испытания на длительную циклическую прочность проводят по ГОСТ 25.505-85 "Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Испытания при малоцикловом неизотермическом и термоусталостном нагружениях" на базе ч при температуре, вызывающей наибольшее снижение длительной пластичности исследуемого материала. Характеристики длительной прочности и пластичности определяют в соответствии с требованиями разд. 4 настоящего приложения.

9.4.2. Основным видом нагружения является осевое растяжение-сжатие с заданными амплитудами деформаций.

Допускается проведение испытаний при изгибе с заданным перемещением.

9.4.3. Испытания проводят до момента образования трещины длиной от свыше 0,5 до 2 мм:

1) в малоцикловой области ( циклов) при симметричном цикле нагружения ;

2) в высокоцикловой области ( циклов) при симметричном и пульсирующем циклах нагружения.

9.4.4. Частоту нагружения и время выдержки при максимальной деформации цикла принимают такими, чтобы максимальная продолжительность испытаний в пределах данной серии образцов на принятой цикловой базе составляла не менее 10% длительности эксплуатации элемента конструкции, изготавливаемого из исследуемого материала.

9.4.5. Количество образцов в пределах одной серии должно быть не менее восьми (по два образца на четырех уровнях амплитуд деформаций).

9.4.6. Результаты испытаний представляют в виде кривых усталости по параметру длительности выд