Đang tải... (xem toàn văn)
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 313:1985 về Kim loại - Phương pháp thử xoắn thay thế cho TCVN 313-69. Tiêu chuẩn qui định phương pháp thử xoắn để xác định các đặc trưng cơ học và đặc trưng phá hủy của vật liệu trong điều kiện lực tĩnh ở nhiệt độ.
TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 313 - 85 KIM LOẠI PHƯƠNG PHÁP THỬ XOẮN Metals Method Toraional Teat Tiêu chuẩn thay cho TCVN 313-69 Tiêu chuẩn qui định phương pháp thử xoắn để xác định đặc trưng học đặc trưng phá hủy vật liệu điều kiện lực tĩnh nhiệt độ 20 15 o C 10 o C mơi trường khí bình thường, cho kim loại đen, kim loại màu hợp kim sản phẩm chúng CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Thử xoắn nhằm mục đích xác định đặc trưng học sau: - Mô đun trượt; - Giới hạn tỉ lệ; - Giới hạn chảy; - Giới hạn bền qui ước; - Giới hạn bền thực tế; - Biến dạng trượt tương đối dư lớn nhất; - Đặc trưng phá hủy cắt đứt kéo đứt THUẬT NGỮ, ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU Các thuật ngữ, định nghĩa ký hiệu áp dụng tiêu chuẩn trình bày bảng Bảng Thuật ngữ Định nghĩa Môđun trượt Tỉ số ứng xuất tiếp biến dạng góc đàn hồi tuyến tính điểm Giới hạn tỉ lệ xoắn Ứng suất tiếp tĩnh theo công thức xoắn đàn hồi điểm chu tuyến mặt cắt ngang, tương ứng với điểm đường cong biến dạng có tang góc hợp tiếp tuyến đường với trục tải trọng tăng lên 50% so với tang góc đồ phần biến dạng đàn hồi tuyến tính Ký hiệu Đơn vị c MPa (KG/mm2) Ttl MPa (KG/mm2) Chú thích Đối với sản phẩm kim loại có dẫn đặc biệt cho phép xác định giới hạn tỉ lệ với giải thiết khác lượng tăng tang góc nghiêng tiếp tuyến với đường cong Trong trường hợp phải có dẫn ký hiệu Ví dụ: Tt125 Giới hạn chảy xoắn Ứng suất tiếp, tính theo cơng thức xoắn đàn hồi, mẫu có biến dạng dư 0,3% T0,3 MPa (KG/mm2) Giới hạn bền Ứng suất tiếp tính tỉ số mơmen xoắn Tb MPa xoắn (qui ước) lớn mẫu đứt với mômen chống xoắn mẫu thử Giới hạn bền thực xoắn Ứng suất tiếp thực tế lớn mẫu bị phá hủy tính tốn có kể đến phân bố lại ứng suất miền biến dạng dẻo mẫu Biến dạng trượt xoắn Biến dạng góc điểm bề mặt mẫu thử (KG/mm2) Tp - Biến dạng trượt cực đại Biến dạng trượt ứng với thời điểm mẫu bị phá hỏng MPa (KG/mm2) độ Rad - Biến dạng trượt đàn hồi Phần biến dạng sau bỏ tải - Biến dạng trượt dư: Phần biến dạng giữ lại sau bỏ tải Biến dạng trượt dư cực đại Biến dạng trượt dư sau mẫu đứt Góc xoắn tương đối Góc xoắn đoạn có độ dài đơn vị Cắt đứt kéo đứt Đặc trưng phá hủy vật liệu xoắn Max độ Rad Rad/mm Chú thích Đặc trưng phá hủy xác định màng phá hủy - Nếu phá hủy ứng suất tiếp gây nên (cắt đứt) vết gẫy nằm bề mặt vng góc với trục mẫu - Nếu phá hủy ứng suất phép gây nên (kéo đứt) vết gãy xảy theo đường xoắn ốc tạo thành góc 45o với đường trục mẫu Thiết bị thử 3.1 Khi thử xoắn dùng máy thử khác phải bảo đảm yêu cầu sau: Mẫu xoắn tự do, khơng có tải trọng phụ khác tác dụng lên mẫu suốt trình thử Độ lệch tâm hai ngàm cặp mẫu không vượt 0,01 mm khoảng chiều dài mẫu 100 mm Một đầu ngàm máy tự di chuyển dọc trục Có khả tăng lực xác đến vạch chia nhỏ lực kế Đo tải trọng với sai số khơng vượt q 1% Khi có tải trọng định tác dụng lặp lại độ lệch kim lực không vượt sai số cho phép lực kế Mô đun xoắn thử chọn từ 10 đến 80% mô men xoắn lớn máy Khi tăng cấp lực, kim lực kế phải có khả giữ ngun vị trí khoản thời gian 30 giây Đo góc xoắn với sai số không vượt 0,5o 3.2 Máy đo lực phải kiểm tra trước thử 4 Mẫu thử 4.1 Để thử xoắn chủ yếu dùng mẫu có mặt cắt ngang hình có bán kính phần làm việc 10 mm, chiều dài tính tốn 50 100 mm Mẫu có hai đầu dùng để cặp Chú thích Chiều dài tính tốn chiều dài phần mẫu mà đo góc xoắn - Đối với mẫu có đường kính nhỏ mm làm từ sản phẩm kim loại thử phải kể đến yêu cầu tiêu chuẩn riêng loại sản phẩm 4.2 Cho phép dùng mẫu sản phẩm có kích thước tỉ lệ với mẫu qui định điều 4.1 kể mẫu có dạng hình ống Chú thích Các kết nhận thử mẫu dạng hình ống phép sử dụng thử mẫu không bị ổn định 4.3 Căn vào phương pháp cặp mẫu máy thử mà xác định hình dáng, kích thước đầu mẫu 4.4 Chỗ chuyển tiếp từ phần làm việc đến phần đầu mẫu phải lượn đặn với bán kính lượn khơng nhỏ 3mm 4.5 Chênh lệch đường kính lớn nhỏ chiều dài phần làm việc mẫu không vượt 0,2% đường kính 4.6 Đo đường kính mẫu với sai số khơng q 0,01 mm, chiều dài mẫu khơng q 0,1 mm 4.7 Đường kính mẫu đo nhiều chỗ phần làm việc, chỗ đo theo hai phương vng góc với 4.8 Trước thử phải kiểm tra lại kích thước mẫu 4.9 Khi chế tạo, gia cơng mẫu khơng làm ảnh hưởng đến tính chất học vật liệu 4.10 Nhám bề mặt mẫu 3a < 0,63 µm theo TCVN 2511-78 Tiến hành thử xử lý kết 5.1 Khi thử xoắn, tải trọng đo xác đến vạch chia gương lực kế Các đặc trưng học tính xác đến 1% 5.2 Xác định môđun trượt xoắn 5.2.1 Cặp mẫu vào máy, tác dụng lên mẫu mômen xoắn tương ứng với suất tiếp ban đầu T 10% giới hạn tỉ lệ theo dự tính Cặp tenxomét vào phần làm việc mẫu Và hiệu chỉnh kim tenxomét không ghi giá trị ban đầu tenxơmét coi mốc 5.2.2 Tăng lực theo cấp (khơng ba cấp) cho ứng suất mẫu không vượt giới hạn tỉ lệ Ứng với cấp lực, ghi lại kết góc xoắn chiều dài tính tốn mẫu Thời gian ghi góc xoắn khơng q 10 giây 5.2.3 Mơđun trượt xoắn G tính MPa (KG/mm 2) theo cơng thức: G M1 I Trong đó: I - mơmen qn tính độc cực, mm4; M - cấp lực, Nmm (KC mm) L - Chiều dài tính tốn, mm; - Giá trị trung bình góc xoắn chiều tính tốn mẫu, rad 5.2.4 Ví dụ xác định mơđun trượt xoắn trình bày phụ lục 5.2.5 Mơđun trượt xoắn xác định theo tang góc nghiêng phần đoạn thẳng đoạn biến dạng đàn hồi biểu đồ sau: mm chiều dài trục hồnh tương ứng bảo đảm cho góc trượt tương đối không lớn 0,01% chiều dài trục tung tương ứng bảo đảm cho ứng suất tiếp không vượt 1MPa (0,102 KG/mm 2) 5.3 Xác định giới hạn tỉ lệ xoắn 5.3.1 Tiến hành điều 5.2.1 5.3.2 Tăng lực tác dụng lên mẫu theo cấp một, lúc đầu tăng theo cấp lực lớn, sau tăng theo cấp lực bé Sau cấp lực ghi giá trị góc xoắn Khi tăng cấp lực lớn, giá trị cuối phải chọn cho ứng suất tiếp tương ứng gần 30% giới hạn tỉ lệ dự tính Cấp lực nhỏ phải chọn ứng suất mẫu đạt đến giới hạn tỉ lệ tiến hành tăng cấp lực nhỏ Khi tăng cấp lực nhỏ ứng suất tiếp tương ứng không tăng 10 MPa (1,02 KG/mm2) 5.3.3 Chỉ ngừng thử góc xoắn tương ứng cấp lực nhỏ tăng lần so với góc xoắn trung bình cấp lực giai đoạn biến dạng đàn hồi tuyến tính 5.3.4 Trong giai đoạn biến dạng đàn hồi tuyến tính mẫu, xác định số gia góc xoắn trung bình cấp lực nhỏ; tăng trị số lên 50% Dựa vào bảng ghi kết thử tìm M tl tương ứng với đại lượng vừa tìm Nếu số gia góc xoắn khơng trùng với số gia góc xoắn ghi bảng chọn gần Mtl tương ứng với số gia góc xoắn gần (nhưng nhỏ hơn) Chú thích Nếu cần tính xác giá trị giới hạn tỉ lệ sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính 5.3.5 Giới hạn tỉ lệ Mtl xác định theo biểu đồ biến dạng xem hình 1); tỉ lệ xích biểu đồ chọn cho mm chiều dài trục hồnh tương ứng bảo đảm cho góc trượt không vượt 0,05 %; mm chiều dài trục tung tương ứng bảo đảm cho giá trị ứng suất tiếp không vượt MPa (0,51 KG/mm2) 5.3.5.1 Để tìm Mtl dựng đường thẳng O$ trùng với phân đoạn thẳng biểu đồ Qua O dựng trục OT Sau dựng đường AB song song với trục hoành Trên đường AB đặt KM = MK Qua N O vẽ đường ON Dựng đường CD song song với ON tiếp xúc với đường cong biến dạng Tung độ điểm tiếp xúc P cho Mtl 5.3.6 Giới hạn tỉ lệ xoắn Ttl tính MPa (KG/mm2) theo cơng thức: Trong đó: W - mơmen chống xoắn, mm3 Chú thích Đối với mẫu trụ tròn mơmen chống xoắn tính theo cơng thức: Đối với mẫu trụ hình ống, đường kính ngồi D đường kính d: 5.3.7 Ví dụ: Xác định giới hạn tỉ lệ xoắn trình bày phụ lục 5.4 Xác định giới hạn chảy xoắn 5.4.1 Tiến hành bước 5.2.1 5.3.2 Biến dạng trước giới hạn tỉ lệ xem biến dạng đàn hồi, biến dạng sau giới hạn tỉ lệ biến dạng dư 5.4.2 Tính biến dạng trước tương đối Trong đó: tl tl tính phần trăm theo cơng thức - góc xoắn chiều dài tính tốn mẫu rad; D - đường kính phần làm việc mẫu, mm; l - chiều dài tính tốn mẫu, mm 5.4.3 Cộng thêm vào tl, biến dạng trượt dư giả thiết cho trước 0,3% Từ vào tl + 0,3% tìm góc xoắn tương ứng với giới hạn chảy 5.4.4 Tiếp tục tăng tải sau giới hạn tỉ lệ góc xoắn đạt đến ck - (góc xoắn tương ứng với đại lượng tl + 0,3%) Giữ nguyên tải trọng tương ứng với ch, xác định Mch 5.4.5 Tải trọng Mch xác định dựa vào biểu đồ biến dạng vẽ hình tỉ lệ xích biểu đồ bảo đảm ứng với mm chiều dài trục hồnh góc trượt tương đối khơng vượt q 0,05% mm chiều dài trục tung ứng suất tiếp khơng lớn 5MPa (0,51 KG/mm2) Hình 5.4.5.1 Để xác định Mch từ gốc tọa độ O đặt lên trục hoành đoạn OE tương ứng với góc trượt tương đối dư = 0,3% Từ E dựng đường thẳng song song với OA cắt đường cong điểm (M) Tung độ (M) cho Mch 5.4.6 Giới hạn chảy xoắn T0,3 tính MPa (KG/mm2) theo cơng thức: 5.4.7 Ví dụ: Xác định giới hạn chảy trình bày phụ lục 5.5 Xác định giới hạn bền qui ước xoắn 5.5.1 Lắp đặt cặp chặt mẫu vào ngàm cặp máy thử Sau có tăng tải mẫu bị phá hủy Giữ lại tải trọng lúc mẫu bị phá hủy Mc, đồng thời ghi góc xoắn cực đại đoạn chiều dài tính tốn nghĩa góc xoắn dùng để tính max (xem 5.7) 5.5.2 Giới hạn bền qui ước xoắn Tb tính MPa (KG/mm2) theo cơng thức: 5.6 Xác định giới hạn bền thực xoắn 5.6.1 Cặp chặt mẫu vào ngàm cặp máy thử gia tải đến xuất biến dạng dẻo 5.6.2 Tăng tải cấp mẫu bị phá hỏng Trong trình mẫu chịu tải tăng dần với vận tốc cho trước, giữ ghi lại cấp tải M1 góc xoắn tương ứng 5.6.3 Tính góc xoắn tương đối tính rad/mm theo công thức: 5.6.4 Dựa vào giá trị M1 dựng đoạn đường cong biểu diễn quan hệ - M (có thể sử dụng biểu đồ (M - ) máy thử ghi lại trình thử) Bằng phương pháp đồ thị xác định đại lượng ( dm )b tang góc hợp tiếp tuyến đường cong với trục hoành df điểm tương ứng với lúc mẫu đứt (có ý đến tỉ lệ xích biểu đồ) Đơn vị đại lượng tính theo: KG.mm rad / mm 5.6.5 Giới hạn bền thực xoắn Tp tính MPa (KG/mm2) theo cơng thức: Trong đó: - Mb: mơ men xoắn mẫu bị phá hỏng, KG mm; - ab ( : góc xoắn tương đối mẫu bị phá hỏng, rad/mm; dm )b : đại lượng xác định phương pháp đồ thị theo 5.6.4 df 5.7 Biến dạng trượt dư cực đại xoắn 5.7.1 Nếu biến dạng trượt cực đại khơng lớn 0,1 radian biến dạng trượt dư cực đại xoắn max tính theo cơng thức 5.7.2 Nếu biến dạng lớn, biến dạng trượt dư cực đại tính theo cơng thức: biến dạng trượt cực đại tính theo cơng thức: Còn biến dạng trượt đàn hồi tính theo cơng thức: Trong đó: Tb - Giới hạn bền qui ước xoắn, MPa (KG/mm 2); G - môđun trượt vật liệu này, MPa (KG/mm2); 4.8 Các đặc trưng học điều 1.1 xác định mẫu, cách tiến hành bước từ 4.2 đến 4.7 4.9 Biên thử xoắn mẫu hình trụ trình bày phụ lục PHỤ LỤC VÍ DỤ XÁC ĐỊNH MÔĐUN TRƯỢT KHI XOẮN Vật liệu: thép bon Kích thước mẫu: D = 10 mm Mơmen qn tính mặt cắt ngang Momen chống xoắn W D3 16 196,2 mm3 Chiều dài tính tốn: l = 100 mm Trị số vạch chia gương tenxomet = 0,00025 rađian Giới hạn tỉ lệ dự tính Ttl = 250 MPa ứng suất ban đầu To = 25 MPa tương ứng với mômen xoắn ban đầu: Mo = 4905 N mm Tính tròn: Mo = 5000 Nmm Tải trọng tối đa ứng với 80% giới hạn tỉ lệ dự tính là: lấy tròn: M = 39000 Nmm Để có cấp tăng tải, khoảng tải trọng chọn số gia cấp tải: lấy tròn: 11000 Nmm Kết thử ghi bảng Tải trọng M, Nmm Chỉ số vạch chia gương tenxơmet Hiệu số tính tốn 500 0 1600 55 53 2700 109 56 3800 165 56 Vậy cấp tải cho số gia trung bình 55 Vạch chia tương ứng với góc xoắn: = 55 0,00025 = 0,013175 rad Mơđun trượt: PHỤ LỤC VÍ DỤ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN TỈ LỆ KHI XOẮN Vật liệu kích thước mẫu ba cấp đặt tải lớn tiến hành phụ lục Tiếp theo đặt cấp lực nhỏ M2 = 200 Nmm (tương ứng với số gia T 10 MPa) qui luật biến dạng tuyến tính bị lệch rõ rệt Kết thử ghi bảng: Tải trọng - Nmm Số vạch gương tenxơmét Hiệu số tính tốn 500 0 16500 53 53 27000 109 56 38000 165 56 40000 174 42000 186 12 44000 197 11 46000 207 10 48000 219 12 50000 232 13 52000 249 17 54000 270 21 56000 296 26 Số gia trung bình vạch chia cấp lực bé hồi tuyến tính tính: M2 = 20 Nmm phần biến dạng đàn Theo định nghĩa giới hạn tỉ lệ, giá trị 200 1,5 tăng đến 50% tính: 200 = 15,5 vạch chia Dựa vào bảng ghi kết thí nghiệm tìm giá trị gần M tl: Mtl = 50 000 Nmm Giá trị Mtl tìm gần cách dùng phương pháp nội suy tuyến tính Theo bảng thí nghiệm: 50 000 ứng với 13 vạch chia với 15 vạch chia: Giới hạn tỉ lệ: PHỤ LỤC VÍ DỤ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY KHI XOẮN Thực bước phụ lục tiêu chuẩn trừ bước tính T tl sử dụng quan hệ tỉ lệ xác định số vạch chia ứng với phần tải trọng phụ thêm: 2000 Nmm - 17 vạch chia 1250 - X vạch chia Số vạch gương tensơmet tương ứng với giới hạn tỉ lệ là: 232 + 11 = 243 vạch lúc góc xoắn: tl = 243 - 0,00025 = 0,06 rad biến dạng trượt: Từ công thức ch = tl + 0,3% = 0,6% ta có: ch = 0,12 rad Số vạch chia ứng với góc xoắn ch là: 2a D.100 Tăng tải chậm tay kim tenxơmet dẫn 480 vạch lúc dùng lực ghi được: Mch = 59.500 Nmm Giới hạn chảy T0,3 ứng với Mch là: Phụ lục Biên thử xoắn mẫu hình trụ Biên số Thử xoắn mẫu hình trụ máy Số hiệu Mác thép Số liệu mẻ luyện Nhãn hiệu Đường hình mẫu mm Chiều dài tính tốn mm Mơmen xoắn phá hỏng Mb, Nmm Mô men chảy Mch, Nmm Mô men tỉ lệ Mtl, Nmm Giới hạn bền qui ước Tb, MPa (KG/mm2) Giới hạn bền thực Tp, MPa (KG/mm2) Giới hạn bền chảy T0,3 MPa (KG/mm2) Giới hạn tỉ lệ Ttl, MPa (KG/mm2) Biến dạng trượt dư cực đại max , rad Môđun trượt G, MPa (KG/mm2) Đặc trưng phá hủy Chú thích ... góc xoắn - Đối với mẫu có đường kính nhỏ mm làm từ sản phẩm kim loại thử phải kể đến yêu cầu tiêu chuẩn riêng loại sản phẩm 4.2 Cho phép dùng mẫu sản phẩm có kích thước tỉ lệ với mẫu qui định... 15 vạch chia: Giới hạn tỉ lệ: PHỤ LỤC VÍ DỤ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY KHI XOẮN Thực bước phụ lục tiêu chuẩn trừ bước tính T tl sử dụng quan hệ tỉ lệ xác định số vạch chia ứng với phần tải trọng phụ... cơng mẫu khơng làm ảnh hưởng đến tính chất học vật liệu 4.10 Nhám bề mặt mẫu 3a < 0,63 µm theo TCVN 2511-78 Tiến hành thử xử lý kết 5.1 Khi thử xoắn, tải trọng đo xác đến vạch chia gương lực