GOST 25.505-85

GOST 25.505−85 Calculs et tests de résistance. Méthodes d'essais mécaniques des métaux. Méthode d'essai de fatigue oligocyclique sous chargement thermomécanique

GOST 25.505−85

Groupe B09

NORME INTER-ÉTATS

Calculs et tests de résistance

MÉTHODES D'ESSAI MÉCANIQUE DES MÉTAUX

Méthode d'essai de fatigue oligocyclique sous chargement thermomécanique

Conception, calcul et essais de résistance. Méthodes d'essais mécaniques des métaux. Méthode d'essai sur la tatigue cyclique sous sollicitation thermique mécanique

MK 77.040.10
OKSTU 0809

Date de lancement 1986-01-01

Par décret du Comité d'État de l'URSS pour les normes du 22 mars 1985 N 686, la date d'introduction a été fixée au 01.01.86

La période de validité a été levée conformément au protocole N 5-94 du Conseil inter-États pour la normalisation, la métrologie et la certification (IUS 11-12-94)

RÉÉDITER


Cette norme établit des méthodes pour les essais de fatigue des métaux et alliages avec des types simples de déformation (traction - compression) dans une région élastoplastique à faible cycle jusqu'à 10 cycles sous chargement thermomécanique à faible cycle à des températures élevées jusqu'à 1100 °C dans l'air.

Les principales méthodes retenues sont les essais sous chargement et échauffement indépendants (fatigue thermomécanique), ainsi que sous chargement par contrainte de déformations thermiques (fatigue thermique).

L'essence des méthodes est d'obtenir les caractéristiques de conception de base et les propriétés mécaniques de résistance à la déformation thermomécanique et à la rupture au stade du chargement avant la formation de macrofissures.

La norme ne s'applique pas aux essais de matériaux sous irradiation, dans des environnements agressifs, sous vide, ainsi que des éléments de structure (pièces, leurs modèles, assemblages, joints soudés, rivetés, pressés et autres).

Les termes utilisés dans la norme sont conformes à GOST 23207–78 . Les explications des termes sont données en annexe 1.

1. FORME ET DIMENSIONS DES ÉCHANTILLONS

1.1. Les principaux types d'éprouvettes pour les essais sous sollicitations thermomécaniques et thermiques de fatigue en traction-compression sont les éprouvettes lisses à partie travaillante de section circulaire :

tubulaire cylindrique (Fig. 1 a , tableau 1),

plein cylindrique (Fig. 1 b , tableau 2),

corset tubulaire (Fig. 1 sur , tableau 3),

corseterie solide (Fig. 1 d , tableau 4).

Merde.1. Partie travaillante des échantillons

Partie travaillante des échantillons

Merde.1

Tableau 1

Tableau 2

Tableau 3

Tableau 4

1.2. Le principal type d'échantillon pour les essais à torsion variable est un échantillon cylindrique tubulaire (Fig. 1a, Tableau 1 à mm).

1.3. Il est permis, si nécessaire, d'utiliser des échantillons géométriquement similaires d'autres tailles. Dans ce cas, le diamètre de la partie travaillante de l'échantillon pour la tension - la compression doit être d'au moins 5 mm, pour la torsion - d'au moins 18 mm.

1.4. Si les éprouvettes cylindriques sont sujettes au flambage, au changement de forme ou à la fracture dans les zones de transition, il est recommandé d'utiliser des éprouvettes corsetées. Il est également permis d'utiliser des échantillons cylindriques avec une partie travaillante raccourcie ( \u003d 2−5, figure 1 b ).

1.5. La forme et les dimensions des têtes d'échantillons dépendent de la méthode de leur fixation dans les poignées des machines d'essai.

1.6. Le diamètre de la partie de transition de l'échantillon est choisi en tenant compte de la réalisation de la concentration minimale de contraintes et de déformations dans les zones de transition.

1.7. Il est permis d'utiliser des échantillons à têtes vissées et soudées lorsqu'ils sont constitués de pièces ou d'éléments de structure.

1.8. Les échantillons sont fabriqués conformément à GOST 25 .502−79. Pour un échantillon tubulaire, la tolérance de coaxialité des surfaces cylindriques extérieure et intérieure de la partie travaillante est attribuée selon le 7e degré de précision (GOST 24643−81).

2. MACHINES ET ÉQUIPEMENTS D'ESSAI

2.1. Les machines et équipements destinés aux essais sous chargement thermomécanique à faible cycle, fournissant des essais de traction statique, doivent être conformes aux exigences des normes GOST 9651–84 et GOST 28840–90 et reproduire le chargement (déformation) et le chauffage dans les conditions suivantes:

constance d'un cycle à l'autre des charges maximales et minimales (chargement souple), des déformations (chargement dur) et de la température pendant tout le processus d'essai (Fig. 2, a-d );

loi donnée des changements de charges, de déformations et de température dans un cycle, y compris linéaire (Fig. 2, a-d , Fig. 3, a-d ), avec et sans vitesses d'obturation (Fig. 2, e-h ) et à différentes asymétries de cycle (Fig. 2, b, d ) dans la gamme de fréquences, ce qui permet d'étudier les effets du chargement cyclique à long terme et à court terme ;

chauffage synchronisé avec le mode de chargement selon un programme donné, y compris indépendant du programme de chargement avec différentes phases de cycles de chargement et de chauffage (Fig. 3, a-d );

chargement statique avec une déformation donnée et des taux de chargement à un régime de température donné.

Merde.2. Modes de chargement

Modes de chargement

Merde.2

Merde.3. Exemples de contraintes (déformations) et de changements de température sous chargement thermomécanique

Exemples de contraintes (déformations) et de changements de température sous chargement thermomécanique

Merde.3

2.2. Les machines d'essai de fatigue thermique doivent avoir une rigidité variable dans la plage de 60 à 300 kN/mm.

2.3. Les erreurs tolérées dans l'enregistrement des charges et des déformations dans le temps doivent être conformes à GOST 25 .502−79.

2.4. Pour mesurer les déformations, des moyens optiques, tensométriques et autres de type contact et sans contact sont utilisés. Dans les essais de traction-compression, il est permis de mesurer une composante de déformation - longitudinale ou transversale. La conversion de ce dernier en longitudinal est effectuée conformément à la clause 3.9.

2.5. Le choix de la base et de la méthode de mesure des déformations est déterminé par les exigences des paragraphes 2.9 et 2.10 concernant l'uniformité du chauffage et le type d'échantillon utilisé. Pour les éprouvettes de type corset, la déformation transversale est mesurée.

2.6. En cas de défaillance de l'échantillon en dehors de la base de mesure de déformation, il est nécessaire de satisfaire aux exigences des paragraphes 2.9 et 2.10 sur la conformité des conditions de chauffage de l'échantillon sur la base de la mesure de déformation et dans la zone de formation de rupture.

2.7. Pour enregistrer les déformations et les charges dans le temps et par le nombre de cycles, des enregistreurs automatiques sont utilisés. L'enregistrement des diagrammes de déformation, à l'exclusion, dans les cas appropriés, de la déformation libre en température de l'échantillon, est effectué à l'aide d'instruments à deux coordonnées et d'autres moyens d'enregistrement automatique.

Pour exclure la déformation libre de la température de l'échantillon, des systèmes de compensation automatique de types photoélectriques, capacitifs et autres sont utilisés, ce qui permet d'isoler la déformation mécanique réelle pour l'enregistrement et le contrôle du mode de chargement.

2.8. Pour chauffer les échantillons, des fours de chauffage à résistance, des lampes chauffantes, des tiges chauffantes en matériaux réfractaires et résistants à la chaleur, un courant continu traversant l'échantillon, une méthode d'induction (par des courants à haute fréquence induits dans l'échantillon), etc. ce cas, les conditions suivantes sont remplies :

l'erreur de mesure, d'enregistrement et de maintien des températures ne doit pas dépasser ± 1,0 % de la valeur de température maximale spécifiée pendant tout le processus d'essai ;

la mesure et l'enregistrement de la température sont effectués pendant tout le processus de test à l'aide d'instruments de mesure automatiques ;

la température de la zone de travail de l'échantillon est mesurée par la méthode avec contact (thermocouple) ou sans contact (pyrométrie) ;

le diamètre des thermoélectrodes (convertisseurs thermiques) doit être choisi de manière à obtenir des caractéristiques de thermocouple stables à haute température et à éviter une inertie excessive. Le diamètre recommandé des thermoélectrodes n'est pas supérieur à 0,2 mm;

le refroidissement de l'échantillon peut être naturel ou forcé en raison de la conduction thermique de l'échantillon vers le système d'évacuation de la chaleur, ainsi que du soufflage d'air ou de gaz.

2.9. La répartition inégale de la température basée sur la mesure des déformations, ainsi que la différence entre la température maximale dans cette zone et dans la zone de formation de rupture de l'échantillon ne doit pas dépasser 1 % de la température maximale.

2.10. La différence de température longitudinale dans les zones de mesure de déformation et de formation de fracture sur une longueur non inférieure au diamètre de l'échantillon ne doit pas dépasser 3 °/mm ; la différence transversale dans ces zones ne doit pas dépasser 1°/mm.

2.11. Il est permis d'appliquer des noyaux, des marques, des soudures de thermocouples sur l'échantillon, si lors des essais cela n'entraîne pas la destruction prédominante de l'échantillon dans ces zones.

3. TEST

3.1. Le principal type d'essai de fatigue oligocyclique sous chargement thermomécanique est la traction-compression, le principal type de chargement est le chargement dur.

3.2. La forme du cycle de chargement et de chauffage est choisie en tenant compte des conditions de fonctionnement, et la durée maximale de l'essai doit être d'au moins 10% de la ressource de temps de fonctionnement. Si cette condition ne peut être satisfaite, la durée de l'essai doit être réduite par l'utilisation de méthodes raisonnables d'essai cyclique équivalent et d'extrapolation des résultats à la durée requise.

3.3. Dans les cas nécessaires, la possibilité de combiner les modes de chargement et de chauffage est étudiée, ce qui donne le plus grand effet dommageable sous chargement thermomécanique à faible cycle. Dans le même temps, les effets du signe des contraintes lors de l'exposition à haute température (Fig. 2, e ) et le rôle de la phase des cycles de chargement et de chauffage (Fig. 3, a-d ) sont déterminés. Il est permis d'effectuer des tests dans d'autres modes, par exemple, avec différentes vitesses de déformation variant dans les demi-cycles de tension et de compression, avec un changement progressif de température dans le cycle lors du passage de la tension à la compression, etc.

3.4. Les tests sont effectués aux températures de fonctionnement du mode de fonctionnement réel, si nécessaire, en faisant varier les températures de cycle maximales et minimales. La variation est déterminée par le type de matériau, la valeur possible du dépassement de température et l'irrégularité du champ de température pendant le fonctionnement.

3.5. Les tests intermittents sont autorisés. Cela nécessite une évaluation de l'impact possible des interruptions, déterminé par les caractéristiques du matériau.*
____________________
* Le texte correspond à l'original. — Note du fabricant de la base de données.

3.6. Les essais sont effectués jusqu'à la formation d'une fissure superficielle d'une taille de 5% - 10% du diamètre de l'échantillon (pour un échantillon \u003d 10 mm, taille de fissure 0,5−1,0 mm), déterminé par la méthode optique ou d'autres méthodes.

Il est permis d'effectuer des essais jusqu'à la rupture définitive sans corriger l'apparition d'une fissure, lorsque le stade de propagation de la fissure dans un mode donné ne dépasse pas 10 % de la durabilité totale.

Lors d'essais en mode de chargement dur, il est permis, à titre d'estimation approximative, de prendre le nombre de cycles avant l'apparition d'une macrofissure égal au nombre de cycles correspondant à une chute de 50 % de la contrainte (charge) dans un cycle comparé à la valeur de régime permanent.

3.7. Le nombre d'échantillons à tester est déterminé en fonction de la variance des résultats. Pour construire une courbe de fatigue, au moins 10 à 12 résultats de crédits à différents niveaux (au moins quatre niveaux) sont utilisés.

S'il est nécessaire de déterminer les caractéristiques statistiques de la dispersion de la valeur de durabilité à chaque niveau de chargement, 10 à 12 échantillons sont testés et la valeur est déterminée , dispersion .

3.8. Pour étudier la cinétique de déformation élasto-plastique, l'enregistrement cycle par cycle de diagrammes de déformation ( ) avec compensation de déformation thermique.

La fréquence d'enregistrement des paramètres de chargement et d'échauffement est déterminée en fonction de l'intensité du changement de température, de déformation et de caractéristiques de puissance pendant le chargement (il est recommandé d'enregistrer, par exemple, dans les cycles 1, 2, 3, 4, 5, 10 , 20, 30, 50, 100, 200 300 400 500 750 1000 1500 2000 2500 3000 4000 5000 7500 10000 12500 15000 20000 25000 35000 50000).

3.9. Si, dans les essais de traction-compression, la déformation transversale de l'échantillon est mesurée, sa conversion en longitudinale pour les matériaux isotropes est effectuée selon la formule

,

où et sont les composantes plastique et élastique de la déformation transversale ; et sont les coefficients de déformation transversale dans les domaines plastique et élastique. En l'absence de données expérimentales pertinentes, on peut prendre

, .

Dans les cas où la séparation de la déformation transversale totale en élastique et plastique est difficile, le recalcul peut être effectué en utilisant la relation

,

où - déformation transversale totale.

3.10. Les résultats des tests sont exclus de tout examen ultérieur :

en cas de destruction de l'échantillon hors de sa partie travaillante ou de perte de stabilité ;

avec des défauts dans le matériau tels que des coquilles, des inclusions, etc., identifiés dans la fracture ;

avec un changement de forme significatif dans la zone de rupture de l'échantillon dans le cas d'un chargement de fatigue rigide ou thermique, lorsque la déformation accumulée unilatéralement est supérieure à 0,1 de la valeur de la plasticité disponible du matériau en traction, obtenue à la température appropriée -conditions temporelles ;

si les conditions de précision de réglage des températures limites et des paramètres du cycle de chargement ne sont pas remplies, ou en cas de surchauffe.

3.11. Autorisé lors des tests dans la zone des grandes bases temporaires (plus de 10 h) appliquer des méthodes de chargement et des types d'éprouvettes différents de ceux recommandés, ainsi que déterminer les paramètres de chargement par des méthodes de calcul.

4. TRAITEMENT DES RÉSULTATS

4.1. Selon les résultats des tests de fatigue thermomécanique et thermique build :

courbes de fatigue par paramètres :

phases des cycles de chargement et de chauffage,

températures maximales et minimales du cycle,

fréquence de chargement,

la durée d'exposition unilatérale et bilatérale,

asymétries du cycle de chargement de contrainte et déformations ;

courbes d'évolution des déformations et des contraintes en fonction du temps et du nombre de cycles, ainsi que des diagrammes de déformation élasto-plastique et déterminer leurs paramètres.

4.2. Les données initiales et les résultats des tests de chaque échantillon sont consignés dans le rapport de test (annexe 2), et les résultats des tests d'une série d'échantillons identiques sont consignés dans le rapport de test sommaire (annexe 3).

4.3. Les courbes de fatigue sous chargement rigide sont construites en coordonnées logarithmiques doubles : l'amplitude (plage) de la pleine , Plastique , élastique , irréversible déformation - le nombre de cycles avant la formation d'une fissure .

4.4. L'amplitude (plage) des déformations est déterminée avec le nombre de cycles interpolation des valeurs mesurées dans les cycles les plus proches de .

4.5. Les courbes de fatigue sous chargement léger sont construites en coordonnées semi-logarithmiques ou double logarithmiques : amplitude (plage) des contraintes est le nombre de cycles avant la formation de fissures .

4.6. Les courbes de fatigue sont construites par interpolation graphique des résultats expérimentaux ou par la méthode des moindres carrés.

4.7. Courbes d'évolution en nombre de cycles et en temps de la largeur de la boucle d'hystérésis élastoplastique, des déformations de fluage cycliques et unilatéralement accumulées, des déformations plastiques et irréversibles, respectivement , , , , et stresse et construire en coordonnées semi-logarithmiques et doubles logarithmiques

.

4.8. Des diagrammes de déformation sous le chargement thermomécanique initial statique et cyclique sont construits aux coordonnées et selon les paramètres des modes de chargement et de chauffage adoptés dans les essais.

4.9. En tant que caractéristique auxiliaire dans le processus d'essais non isothermes, des données sont obtenues sur la dilatation thermique d'un échantillon libre en fonction de la température de chauffage.

4.10. Modes de représentation graphique des caractéristiques obtenues - selon GOST 25 .502−79.

ANNEXE 1 (obligatoire). EXPLICATION DES TERMES UTILISÉS DANS LA NORME

ANNEXE 1
Obligatoire

La fatigue oligocyclique sous chargement thermomécanique est une rupture résultant d'une déformation élastoplastique cyclique accompagnée d'un changement de température.

La fatigue thermique oligocyclique est un cas particulier de fatigue thermomécanique oligocyclique, dans lequel le chargement est dû à la contrainte des déformations thermiques lors du chauffage-refroidissement cyclique.

Charge cyclique à long terme - charge cyclique à des temps de cycle et des temps totaux suffisants pour la manifestation des effets température-temps (fluage, vieillissement du matériau , etc. ).

Charge à faible cycle à court terme - charge à faible cycle à des temps de cycle et des temps totaux qui excluent la manifestation d'effets température-temps.

— température de l'échantillon, °C ou K ;

 température maximale du cycle ;

 température minimale du cycle ;

est la plage de température du cycle ;

- rétrécissement relatif de la section transversale de l'échantillon sous tension statique, %;

% est la plasticité disponible du matériau, % ;

est la limite d'élasticité déterminée à température ambiante ;

est la déformation correspondant à la limite d'élasticité ;

est l'amplitude de la contrainte du cycle ;

2 est la plage des contraintes du cycle ;

, sont les contraintes maximales et minimales du cycle ;

- tension d'entrée -ième demi-cycle en comptant respectivement depuis les points de transition par zéro et le début du déchargement ;

est la contrainte moyenne du cycle ;

, - limite élastique ème demi-cycle en comptant à partir des points de transition par zéro et le début du déchargement, respectivement ;

est le coefficient d'asymétrie du cycle par rapport aux contraintes ;

est l'amplitude de la déformation complète du cycle ;

, , , - l'amplitude de la déformation du cycle, respectivement, élastique, plastique, fluage et irréversible ;

2 , 2 , 2 , 2 , 2 sont les plages des déformations cycliques ci-dessus ;

- déformation complète -ième demi-cycle de chargement ;

, , sont respectivement les déformations de fluage, les déformations plastiques et irréversibles accumulées après -ième demi-cycle de chargement ;

, , sont respectivement les déformations de fluage, les déformations plastiques et réversibles accumulées par le moment de formation de la macrofissure ;

, - respectivement, la déformation totale maximale et minimale du cycle ;

est la déformation moyenne du cycle ;

est le coefficient d'asymétrie du cycle en termes de déformations ;

est le nombre de demi-cycles ( =0, 1, 2, 3, …10, 20, 30, 100, 200, 300…) ;

est le nombre de cycles avant la formation d'une macrofissure ;

est le nombre de cycles de chargement ;

— temps de chargement total, h ;

- déformation en -ième demi-cycle en comptant depuis le début du déchargement ou le point de passage par zéro des tensions ;

est la largeur de la boucle d'hystérésis -ième demi-cycle ;

- temps d'un cycle;

— fréquence de chargement ;

- délai d'exposition;

- temps de chauffage ;

- temps de refroidissement;

- module d'élasticité.

Le système de coordonnées adopté des diagrammes de déformation sous chargement statique et cyclique est illustré sur le dessin.

Les principaux paramètres du diagramme de déformation cylindrique

ANNEXE 2 (recommandé). PROTOCOLE D'ANALYSE DES ÉCHANTILLONS (ANNEXE AU PROTOCOLE SOMMAIRE)

ANNEXE 2
Recommandé

PROTOCOLE N___
prélèvement d'échantillons (annexe au protocole récapitulatif N____)

Gestion des boucles d'hystérésis

ANNEXE 3 (recommandé). PROTOCOLE CONSOLIDÉ

ANNEXE 3
Recommandé

PROTOCOLE CONSOLIDÉ N_____