Методы испытания на растяжение и изгиб
ГОСТ 14019-2003
(ИСО 7438:1985)
Группа В09
МКС 77.040.10
ОКСТУ 0709
Дата введения 2004-09-01
1 РАЗРАБОТАН Российской Федерацией, Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 145 «Методы контроля металлопродукции»
ВНЕСЕН Госстандартом России
2 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 23 от 22 мая 2003 г.)
За принятие проголосовали:
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджан | Азстандарт |
Республика Армения | Армгосстандарт |
Республика Беларусь | Госстандарт Республики Беларусь |
Грузия | Грузстандарт |
Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Кыргызская Республика | Кыргызстандарт |
Республика Молдова | Молдовастандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Республика Таджикистан | Таджикстандарт |
Туркменистан | Главгосслужба «Туркменстандартлары» |
Узбекистан | Узстандарт |
3 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 7438:1985 «Материалы металлические. Испытание на изгиб». При этом разделы полностью идентичны, а приложение А дополняет их с учетом потребностей национальной экономики указанных выше государств
4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 20 января 2004 г. N 23-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 14019-2003 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 сентября 2004 г.
5 ВЗАМЕН ГОСТ 14019-80
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2006 г.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод определения способности металлических материалов выдерживать пластическую деформацию при изгибе.
Дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны, приведены в приложении А.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
ГОСТ 7564-97 Прокат. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний
ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования
ГОСТ 30893.1-2002 (ИСО 2768-1-89) Основные нормы взаимозаменяемости. Общие допуски. Предельные отклонения линейных и угловых размеров с неуказанными допусками
3 Обозначения и определения
Обозначения (рисунки 1 и 2) и наименования параметров приведены в таблице 1.
Рисунок 2
Таблица 1
Обозначение | Наименование параметров |
Толщина или диаметр образца (или диаметр вписанной окружности для образцов многоугольного сечения), мм | |
Ширина образца, мм | |
Длина образца, мм | |
Расстояние между опорами изгибающего устройства, мм | |
Диаметр оправки, мм | |
Угол изгиба, градус | |
Внутренний радиус изогнутой части образца после испытания, мм |
4 Сущность метода
Испытание на изгиб заключается в пластической деформации образца круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения путем изгиба без изменения направления действия силы до достижения заданного угла изгиба.
Оси двух опор при изгибе образца должны оставаться в плоскости, перпендикулярной к направлению действия силы. При изгибе на 180° две боковые поверхности могут, в зависимости от требований стандарта на металлопродукцию, соприкасаться друг с другом или быть параллельными, находясь одна от другой на заданном расстоянии; для контроля этого расстояния применяют прокладку.
5 Аппаратура
5.1 Испытание на изгиб должно проводиться на универсальных испытательных машинах или прессах (ГОСТ 28840), снабженных следующими устройствами:
— изгибающим устройством с двумя опорами и оправкой (рисунок 1);
— изгибающим устройством с V-образной выемкой и оправкой (рисунок 2);
— изгибающим устройством с тисками (рисунок 3).
1 — тиски;
5.2 Изгибающее устройство с опорами и оправкой
5.2.1 Длина опор и ширина оправки должны превышать ширину или диаметр образца. Диаметр оправки определяется нормативным документом на металлопродукцию. Опоры для образца и оправка должны быть достаточно твердыми.
Дополнительные требования к оправке и опорам приведены в приложении А.
5.2.2 Если нет иных указаний, то расстояние между опорами определяют по формуле
, (1)
где — диаметр оправки, мм;
— толщина (диаметр) образца, мм.
Данное расстояние не должно изменяться в течение всего испытания на изгиб.
5.3 Изгибающее устройство с V-образной выемкой и оправкой
Наклонные плоскости V-образной выемкой образуют угол 180°- (рисунок 2). Величина угла устанавливается нормативными документами на металлопродукцию.
Кромки V-образной выемки должны иметь радиус закругления, в 1-10 раз превышающий толщину образца, и должны быть достаточно твердыми.
Дополнительные требования к изгибающему устройству приведены в приложении А.
5.4 Изгибающее устройство с тисками
Устройство состоит из тисков и оправки достаточной твердости; оно может быть снабжено рычагом для приложения усилия к образцу (рисунок 3).
Дополнительные требования к изгибающему устройству приведены в приложении А.
6 Подготовка к испытанию
6.1 Отбор проб, заготовок и образцов — по нормативным документам на металлопродукцию.
Дополнительные требования к отбору заготовок и образцов приведены в приложении А.
6.2 Для испытания применяют образцы круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения. Любые участки материала, подвергавшиеся резке ножницами, пламенной резке или аналогичным операциям во время отбора проб, должны быть удалены. Если такие участки не удалены, допускается проводить испытания образцов на изгиб при условии, что результаты испытаний будут соответствовать нормативным документам на металлопродукцию.
6.3 Кромки образцов прямоугольного сечения должны быть закруглены радиусом не более 0,1 толщины образца. Закругление должно выполняться таким образом, чтобы оно не влекло за собой образование поперечных заусенцев, царапин или вмятин, которые могут отрицательно влиять на результаты испытания.
Допускается проводить испытания на образце с незакругленными кромками при условии, что результаты испытания будут соответствовать нормативным документам на металлопродукцию.
6.4 Если в нормативных документах на металлопродукцию не оговорено иное, ширина образца должна быть следующей:
— при ширине изделия не более 20 мм ширина образца равна ширине изделия;
— при ширине изделия более 20 мм ширина образца составляет (20±5) мм для изделий толщиной менее 3 мм и от 20 до 50 мм — для изделий толщиной 3 мм и более.
6.5 Толщина образцов, отбираемых от листов, полос и фасонных профилей, должна быть равна толщине испытуемого изделия. Если толщина изделия более 25 мм, она может быть уменьшена путем механической обработки одной стороны для получения толщины не менее 25 мм. При изгибе необработанная поверхность должна быть на растягиваемой стороне образца.
6.6 Образцы круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения испытывают на изгиб с поперечным сечением, равным поперечному сечению изделия, при условии, если диаметр образца при круглом поперечном сечении или диаметр вписанной окружности (для многоугольного сечения) не превышает 50 мм. Если диаметр образца или диаметр вписанной окружности более 30 мм, но не более 50 мм включительно, то образец может быть уменьшен до диаметра не менее 25 мм. Если диаметр образца или диаметр вписанной окружности превышает 50 мм, то образец должен быть уменьшен до диаметра не менее 25 мм (рисунок 4).
Рисунок 4
При изгибе необработанная поверхность должна быть на растягиваемой стороне образца. Дополнительные требования к размерам образцов приведены в приложении А.
6.7 При испытании поковок, отливок и полуфабрикатов размеры образцов и место их отбора устанавливают согласованием между потребителем и изготовителем.
6.8 По согласованию между потребителем и изготовителем испытания на изгиб допускается проводить на образцах большей толщины и ширины, чем указано в 6.4-6.6.
6.9 Длина образца зависит от толщины образца и используемого испытательного оборудования.
7 Проведение испытания
7.1 Испытания на изгиб должны проводиться при температуре окружающей среды от 10 °С до 35 °С. При разногласиях в оценке качества металлопродукции испытания должны проводиться при температуре (23±5) °С.
7.2 Испытания на изгиб проводят в соответствии с требованиями одного из следующих методов, указанных в нормативных документах на металлопродукцию:
— до достижения заданного угла изгиба при действии усилия (рисунки 1, 2 и 3);
— до достижения параллельности сторон образца, отстоящих друг от друга на заданном расстоянии при действии усилия (рисунок 5);
— до соприкосновения сторон образца при действии усилия (рисунок 6).
Рисунок 5
7.3 При испытании на изгиб до заданного угла изгиба образец устанавливают на опорах (рисунок 1) или на изгибающем устройстве с V-образной выемкой (рисунок 2) и изгибают посередине между опорами под действием непрерывно возрастающего усилия.
При испытании всеми способами (рисунки 1, 2 и 3) изгибающее усилие должно прилагаться постепенно, чтобы обеспечить свободное пластическое течение металла.
Если указанным выше способом невозможно изогнуть образец непосредственно до заданного угла, то догиб производят путем сжатия концов образца (рисунок 7).
7.4 При испытании на изгиб до параллельности сторон образец сначала изгибают, как указано в 7.3, а затем его помещают между двумя параллельными плоскостями пресса (рисунок 5) и при постоянно возрастающем усилии сгибают до получения параллельности сторон образца. Это испытание может проводиться с прокладкой или без прокладки. Толщина прокладки должна быть равна диаметру оправки.
7.5 При испытании на изгиб до соприкосновения сторон образца (рисунок 6) образец после предварительного изгиба подвергают дальнейшему изгибу между двумя параллельными плоскостями пресса при постоянно возрастающем усилии.
8 Обработка результатов испытания
8.1 Результаты испытания на изгиб оценивают в соответствии с нормативными документами на металлопродукцию. Если такие указания отсутствуют, то отсутствие трещин, видимых невооруженным глазом, служит доказательством того, что образец выдержал испытание на изгиб.
8.2 Угол изгиба, указанный в нормативных документах на металлопродукцию, всегда считается минимальным. Если указывают внутренний радиус изгиба, то он всегда считается максимальным.
9 Протокол испытания
Протокол испытания должен содержать следующую информацию:
— ссылку на настоящий стандарт;
— идентификацию образца (тип материала, номер плавки, направление оси образца относительно изделия);
— форму и размеры образца;
— метод испытания;
— результаты испытания.
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)
А.1 При отсутствии указаний в нормативных документах на металлопродукцию места вырезки заготовок для образцов, их количество, направление продольной оси образцов по отношению к заготовке, размеры припусков при вырезке и механической обработке устанавливают по ГОСТ 7564 или другому нормативному документу на правила отбора проб, заготовок и образцов по согласованию между потребителем и изготовителем.
А.2 При отсутствии указаний в нормативных документах на металлопродукцию диаметр оправки должен быть равен двум толщинам (диаметрам) образца, а радиус закругления опор должен быть не менее толщины (диаметра) образца.
А.3 Рабочие поверхности оправки и опор изгибающих устройств, зажимного приспособления, а также изгибающего устройства с V-образной выемкой не должны иметь смятия. Твердость указанных поверхностей должна быть не менее 50 HRC.
А.4 Испытание металлопродукции толщиной более 30 мм допускается проводить на цилиндрических образцах диаметром (25±0,5) мм.
А.5 Ориентировочную длину образца , мм, определяют по формуле
, (A.1)
где — толщина (диаметр) образца, мм;
— диаметр оправки, мм;
— коэффициент, равный 100-150 мм.
А.6 Шероховатость поверхности образцов после механической обработки должна быть не более 40 мкм по ГОСТ 2789.
А.7 При наличии указаний в нормативных документах на металлопродукцию испытания проводят до появления первой трещины в растянутой зоне образца с определением угла изгиба.
А.8 Перед испытанием допускается правка образца при температуре от 10 °С до 35 °С.
А.9 При испытании до соприкосновения сторон допускается просвет, равный внутреннему радиусу изгиба.
А.10 Испытание на изгиб до появления первой трещины проводят по той же методике, что и изгиб до заданного угла. При любом методе испытания на изгиб скорость перемещения оправки или опор не должна превышать 15 мм/мин.
Момент появления трещины устанавливают невооруженным глазом. Угол изгиба измеряют без снятия усилия.
A.11 Допускается измерять угол изгиба после снятия усилия.
А.12 Предельные отклонения по диаметру и ширине образцов — в соответствии с ГОСТ 30893.1 для класса точности грубый.
А.13 В протоколе испытания должна быть указана толщина или диаметр (или диаметр вписанной окружности для многоугольного сечения) металлопродукции.
Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2006
Источник
Определение механических свойств выполняется при различных условиях. В зависимости от скорости приложения нагрузки различают статические и динамические испытания. При статических испытаниях нагрузка прилагается медленно и плавно возрастает; при динамических – с высокой скоростью. Испытания могут выполняться при нормальной (комнатной), пониженной или повышенной температуре.
Наиболее распространенными механическими характеристиками являются: твердость, пределы прочности и упругости, ударная вязкость. Определяют также предел выносливости и предел ползучести.
Статические испытания
Определение прочноети при испытаниях на растяжение, сжатие, изгиб и кручение
Значение предела прочности материала зависит от схемы приложения нагрузки. Применяют различные методы определения прочности – при растяжении, сжатии, изгибе, кручении. Эти испытания отличаются соотношением между максимальными касательными и нормальными напряжениями, возникающими при приложении нагрузки, т.е. разной «жесткостью», которую характеризуют коэффициентом жесткости 
; чем больше доля нормальных напряжений, т.е. меньше значение
, тем жестче испытания.
Наиболее жесткими являются испытания на одноосное растяжение (
, т.е. нормальные напряжения в два раза превышают касательные); наиболее мягкие – испытания на одноосное сжатие (α = 2, т.е. величина касательных напряжений вдвое превосходит нормальные). Между ними располагаются испытания на кручение (α = 0,8) и более жесткое (чем кручение) испытание на изгиб, при котором возникает неоднородное напряженное состояние – от растяжения (α = 0,5 – часть образца ниже нейтральной линии) до сжатия (α = 2 – часть образца выше нейтральной линии).
Выбор метода испытаний определяется свойствами материалов – пластичностью, твердостью. Для определения предела прочности следует выбирать наиболее информативный метод испытаний. Чем пластичнее материал, тем более «жесткими» должны быть испытания, и наоборот.
Для некоторых материалов определенные методы испытаний просто не применимы. Так, например, пластичные материалы (медь, алюминий и их сплавы, мягкие стали) нс разрушаются при испытаниях на изгиб, они изгибаются до соприкосновения концов образца. Для них прочность определяется испытаниями на растяжение.
Для твердых хрупких материалов жесткие испытания на растяжения неинформативны. Чем жестче испытания, тем меньше значения предела прочности; это снижает точность определений и не позволяет достаточно надежно выявить различие в свойствах разных материалов. Так, например, предел прочности быстрорежущей стали Р18 с высокой твердостью (63 IIRC) составляет при испытаниях на растяжение 1900…2000 МПа, а при испытаниях па изгиб – 2700…3000 МПа.
Испытания на растяжение выполняют на разрывных машинах. На этих же установках с помощью специальных приспособлений проводятся испытания на изгиб и сжатие. Для испытаний на кручение требуются специальные установки.
Испытания на растяжение (α = 0,5) – наиболее распространенный метод определения прочности конструкционных материалов. Наряду с пределом прочности при этих испытаниях определяют предел текучести и характеристики пластичности материала – относительное удлинение и сужение.
Испытания выполняются на разрывных машинах с использованием специальных образцов (рис. 2.1). Головки образцов помещаются в зажимы разрывной машины, и образцы растягивают до разрушения.
В процессе приложения нагрузки в образце возникает напряжение (σ), равное отношению приложенного усилия
Рис. 2.1. Образец для испытаний на растяжение
(P) к площади поперечного сечения образца (F): 
[МПа или кгс/мм2]. Под действием приложенной нагрузки возникает деформация – изменение размеров образца. Деформация может быть упругой или пластической.
Упругая деформация полностью снимается (исчезает) после снятия нагрузки и не приводит к изменениям в структуре и в свойствах материала. Различают абсолютную и относительную деформацию. Абсолютная (
) – изменение размера (длины образца при испытаниях на растяжение), относительная (
) – отношение абсолютной деформации к первоначальной длине (/), т.е. 
.
Между напряжением и величиной относительной упругой деформации существует линейная зависимость – закон Гука: 
, где Е – модуль упругости, характеризующий жесткость материала, т.е. способность сопротивляться упругим деформациям.
Пластическая деформация не исчезает после снятия нагрузки (согните алюминиевую проволоку; после того как нагрузка снята, проволока не разгибается – она пластически деформирована).
При испытаниях на растяжение строится диаграмма в координатах «относительное удлинение 
– напряжение 
» (рис. 2.2). Определяются: предел прочности 
(временное сопротивление разрыву); предел пропорциональности (
) – максимальное напряжение, при котором отсутствует
Рис. 2.2. Диаграмма растяжения:
– предел пропорциональности; 
– предел тякучести; 
– предел прочности; 
– упругая деформация; 
– пластическая деформация
пластическая деформация. Поскольку точное определение предела пропорциональности затруднено, в практике измеряют предел текучести (
) – напряжение, вызывающее остаточную деформацию определенной величины, например (
) – напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2% от первоначальной длины образца. Для более точного определения предела пропорциональности определяют 
, или 
.
Перед разрушением образец претерпевает пластическую деформацию, он удлиняется, при этом происходит образование шейки (рис. 2.3)– уменьшение диаметра. Относительное удлинение
и относительное сужение 
(здесь 
и 
– начальная до испытаний и конечная минимальная площадь образца, т.е. площадь шейки после разрушения) характеризуют пластичность материала. Чем больше эти характеристики, тем материал пластичнее.
Рис. 2.3. Разрушенный образец после испытаний на растяжение
Испытания на изгиб (α от 0,5 до 2) проводят для материалов с высокой твердостью – свыше 52…53 HRC. Это закаленные инструментальные и быстрорежущие стали, твердые сплавы и др. Преимущества этого метода при определении прочности твердых инструментальных материалов заключаются в том, что напряженное состояние материала при испытаниях и возникающее при работе инструмента близки. При испытаниях на изгиб твердых материалов достигается бо́льшая точность, чем при испытаниях на растяжение. Во-первых, устраняется существенный недостаток испытаний на растяжение – перекосы (от неточности установки образа) при приложении нагрузки, а во-вторых, за счет больших значений предела прочности вследствие более мягких условий испытаний на изгиб.
Испытания проводят в основном на сосредоточенный изгиб (рис. 2.4). Предел прочности (
) определяют по известной формуле сопротивления материалов: 
, где М – разрушающий изгибающий момент, 
(Р – измеренная при испытании разрушающая сила; l – расстояние между опорами); W – момент сопротивления сечению.
Для образцов прямоугольного сечения 
, для круглого 
. Эти значения момента сопротивления справедливы для случаев, когда разрушение происходит без пластического деформирования, т.е. для материалов с весьма высокой твердостью – свыше 65…66 HRC (это твердые сплавы, режущая керамика). Для материалов с меньшей твердостью, разрушению которых предшествует пластическая деформация (большинство случаев), следует использовать исправленное увеличенное значение момента сопротивления. Для образцов прямоугольного сечения 
; для образцов круглого сечения 
.
Испытания на кручение (α = 0,8) выполняют как для хрупких, так и для пластичных материалов. Они целесообразны для определения пределов прочности, текучести материалов, из которых изготавливают детали, работающие на кручение (например, торсионные валы). Стандартные испытания проводят на цилиндрических образцах с головками. Один конец образца закреплен неподвижно, второй зажат во вращающейся части испытательной машины (рис. 2.5).
При кручении цилиндрического образца возникает напряженное состояние чистого сдвига. В испытаниях определяют пределы текучести и прочности при сдвиге 
Эти характеристики определяют из следующих уравнений:
где 
– разрушающий крутящий момент; 
– крутящий момент, вызываю-
Рис. 2.4. Схема испытаний на сосредоточенный изгиб
Рис. 2.5. Схема испытаний на кручение
щий остаточную деформацию определенной величины, например 0,2% (тогда получим предел текучести при сдвиге 
); 
– момент сопротивления кручению (полярный момент;. Для круглого сечения 
.
Испытания на кручения могут выполняться как натурные – на готовых деталях или инструментах. Так определяют, в частности, прочность сверл, косвенно оценивая прочность по величине разрушающего крутящего момента.
Испытания на сжатие (α = 2) являются мягким видом испытаний. Его используют для определения прочности хрупких материалов – чугун, бетон. Пластичные материалы при сжатии могут не разрушиться, а сплющиться.
Образцы из металлических материалов – цилиндрические с отношением высоты к диаметру 1…2. Так, для стандартных испытаний чугуна рекомендуются образцы диаметром 10…25 мм и высотой, равной диаметру.
Предел прочности при сжатии определяется как отношение разрушающей силы к площади первоначального сечения: 
(МПа или кгс/мм2].
На сжатие испытывают весьма хрупкие материалы, в частности алмаз, при этом достигается бо́льшая точность, чем при испытаниях па изгиб, из-за больших абсолютных значений предела прочности при сжатии. Так, пределы прочности алмаза при сжатии и изгибе соответственно равны 2000 и 500 МПа. Эти испытания выполняют на специальных установках для малых образцов.
Источник