Группа Т99
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА СССР
Единая система защиты от коррозии и старения
СТАЛИ И СПЛАВЫ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ
Методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание
Unified system of corrosion and ageing protection.
High-strength steels and alloys.
Accelerated test methods for corrosion cracking
Дата введения 1982-07-01
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 2 апреля 1981 г. N 1765
Настоящий стандарт распространяется на высокопрочные стали и титановые сплавы (далее - материалы) и устанавливает методы ускоренных испытаний на коррозионное растрескивание образцов с предварительно созданными усталостными трещинами.
Сущность методов заключается в том, что образцы подвергают одновременному воздействию коррозионной среды и растягивающих напряжений, при котором поверхности трещины расходятся в направлении действующих напряжений симметрично относительно плоскости исходной трещины.
Стандарт устанавливает три метода испытаний:
1 - при постоянной нагрузке;
2 - при ступенчато изменяемой нагрузке;
3 - при постоянной деформации.
Критерием оценки стойкости материала к коррозионному растрескиванию является пороговый коэффициент интенсивности напряжений
Значения
Значения
Термины, применяемые в стандарте, и их определения приведены в приложении 1.
1. МЕТОД 1
1.1. Сущность метода определения
Допускается определять
1.2. Требования к образцам
1.2.1. Минимальную толщину образцов (
где
Для новых материалов ориентировочное значение
Основными критериями выбора толщины образцов являются образование в процессе роста трещин поверхностей разрушения, перпендикулярных направлению действия растягивающих напряжений, и отсутствие макроскопического разветвления растущих трещин, т.е. рост в процессе испытаний одной магистральной трещины. Эти критерии могут быть определены только после проведения предварительных испытаний. Если эти условия не выполняются, испытания повторяют на образцах толщиной 2
Если толщина
мм.
1.2.2. Применяют следующие типы образцов в зависимости от приложения нагрузки:
ОР - осевое растяжение;
КИ - консольный изгиб;
ВРI и ВРII - внецентровое растяжение.
Тип, форма и размеры образцов приведены в приложении 3.
1.2.3. Вырезку образцов из полуфабрикатов проводят в соответствии с приложением 4.
Направление вырезки образца обозначают двумя буквами, первая из которых указывает направление нормали к плоскости трещины, а вторая - направление развития трещины в этой плоскости, и вносят в протокол испытаний рекомендуемого приложения 5.
1.2.4. Проводят замер образцов. Длину, ширину и толщину образцов вычисляют как среднее арифметическое трех измерений. Данные измерений вносят в протокол испытаний.
1.2.5. Количество образцов должно быть не менее трех при каждом значении начальной нагрузки, для данного состояния материала и направления вырезки образца.
1.2.6. Образцы подвергают термической обработке в соответствии с требованиями стандартов или технических условий на материал.
1.3. Аппаратура, материалы и реактивы
1.3.1. Машины или приспособления, предназначенные для испытаний металлов и сплавов на ползучесть и длительную прочность в соответствии с требованиями ГОСТ 3248-81 и ГОСТ 10145-80*.
__________________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать ГОСТ 10145-81. Примечание "КОДЕКС".
1.3.2. Машины или вибраторы, обеспечивающие циклическое нагружение образцов при симметричном или пульсирующем цикле нагружения, типа универсальной испытательной машины МУП-20 по ГОСТ 28840-90.
1.3.3. Микроскопы или другие приборы, позволяющие определять длину трещины с погрешностью не более 0,05 мм.
1.3.4. Коррозионная среда - 3%-ный раствор хлористого натрия по ГОСТ 4233-77 в дистиллированной воде по ГОСТ 6709-72. В зависимости от условий эксплуатации реальных изделий допускается применять другие коррозионные среды.
1.3.5. Спирт этиловый по ГОСТ 5962-67.
1.3.6. Эксикатор по ГОСТ 25336-82.
1.4. Подготовка к испытаниям
1.4.1. Образцы обезжиривают и промывают этиловым спиртом.
1.4.2. Усталоcтную трещину получают на воздухе при циклическом растяжении или изгибе на машинах (п.1.3.2) на полностью термически обработанных образцах. Циклическое нагружение подбирают таким образом, чтобы скорость роста усталостной трещины на последнем миллиметре не превышала 1 мм за 50000 циклов.
Не допускается применять окрашивающие растворы для облегчения контроля за ростом усталостной трещины.
1.4.3. Измеряют расчетную длину исходной трещины (механический надрез + усталостная трещина).
Длина усталостной трещины должна быть не менее 1,5 мм, не менее 5% длины исходной трещины и не менее толщины образца.
Разность длин усталостной трещины на обеих сторонах образца не должна превышать 10%. Если это требование не выполняется, необходимо продолжить циклическое нагружение, предварительно повернув образец на 180° (оснастка при этом остается в первоначальном положении).
Результаты измерений вносят в протокол испытаний.
1.4.4. Отклонение усталостной трещины от плоскости симметрии надреза не должно превышать 10°.
1.4.5. Образцы маркируют по ГОСТ 9.019-74. Маркировку наносят на расстоянии не менее 20 мм от плоскости исходной усталостной трещины. Данные вносят в протокол испытаний.
1.4.6. Подготовленные к испытаниям образцы с усталостной трещиной хранят в эксикаторе.
1.4.7. Определяют критический коэффициент интенсивности напряжений на воздухе
1.5. Проведение испытаний
1.5.1. Образцы устанавливают в захваты испытательной машины и подводят коррозионную среду. Объем раствора на 1 см
1.5.2. Образцы нагружают до значения начального коэффициента интенсивности напряжений
где
Расчетные значения
1.5.3. Испытания проводят при температуре 291-298 К (18-25 °С). Допускается проводить испытания при температурах, соответствующих условиям эксплуатации изделий.
1.5.4. Проводят контроль за разрушением образцов через 0,5 ч после начала испытаний, далее через 1, 2, 4, 6, 8 ч, далее четыре раза в сутки. Допускаются другие интервалы времени.
1.5.5. Фиксируют время до разрушения образцов и вносят его в протокол испытаний.
1.5.6. Если за 40 сут образцы не разрушились, их разгружают, снимают с испытательной машины, высушивают при температуре 373-423 К (100-150 °С) и разрушают на испытательной машине на воздухе.
1.5.7. Определяют конечную длину трещины (исходная трещина + коррозионная трещина) всех образцов как среднее арифметическое трех измерений: на 1/4, 1/2, и 3/4 толщины. Результаты измерений вносят в протокол испытаний.
1.5.8. По конечной длине трещины и формулам (п.1.6.4) вычисляют действительное значение
1.5.9. Образцы с коррозионной трещиной более 0,1 мм относят к разрушившимся образцам.
1.5.10. Если за 40 сут разрушились все образцы при
1.5.11. Если ни один из образцов не разрушился (в том числе при
1.5.12. Определение
1.6. Обработка результатов
1.6.1.
1.6.2. Графический способ определения состоит в построении зависимости
За
1.6.3. По расчетному способу
Если разность значений более 10%, определяют
1.6.4.
для образцов типа ОР
где
для образцов типа КИ
где
для образцов типа ВР
где
для
для
где
Значения
1.6.5. Значения
2. МЕТОД 2
2.1. Сущность метода определения
За
2.2. Требования к образцам - по п.1.2.
Количество образцов не менее трех для данного состояния материала и направления вырезки образца.
2.3. Аппаратура, материалы и реактивы
2.3.1. Машины или приспособления, предназначенные для статического нагружения и обеспечивающие возможность проведения следующих операций:
измерять и поддерживать постоянную нагрузку в течение всего процесса испытаний с погрешностью не более 1%;
плавно нагружать образцы;
надежно центрировать образцы (например, машина разрывная типа Р-5 по ГОСТ 28840-90).
2.3.2. Машины или вибраторы - в соответствии с требованиями п.1.3.2.
2.3.3. Микроскопы или другие приборы - в соответствии с требованиями п.1.3.3.
2.3.4. Установки, обеспечивающие непрерывное измерение длины трещины и непрерывную запись измеряемого параметра, чувствительностью не ниже 0,001 мм прироста трещины.
Схема установки для непрерывного контроля за ростом трещины приведена в рекомендуемом приложении 7.
2.3.5. Схемы потенциометрические и мостовые на постоянном и переменном токе, обеспечивающие измерение электрического сопротивления центральной части образца.
2.3.6. Датчики перемещения тензометрические, трансформаторные и индукционные, обеспечивающие измерение раскрытия трещины, не влияющие на коррозионный процесс.
2.3.7. Коррозионная среда для проведения испытаний - по п.1.3.4.
2.4. Подготовка к испытаниям
2.4.1. Подготовка к испытаниям проводится по пп.1.4.1-1.4.7.
2.4.2. Для любого из методов измерения приращения трещины делают градуировку, определяющую в абсолютных или относительных единицах приращение трещины в зависимости от изменения измеряемого параметра (электрического сопротивления, раскрытия трещины и т. п.).
Градуировку проводят на образцах из серии подготовленных к испытаниям путем замера конечной длины трещины (п.1.5.7) с одновременным измерением калибруемого параметра (п.2.3.4).
2.5. Проведение испытаний
2.5.1. Испытания проводят при температуре, указанной в п.1.5.3.
2.5.2. Образцы устанавливают в захваты испытательной машины, подводят коррозионную среду, нагружают образцы, повышая нагрузку до начала роста трещины, проращивают трещину (п.2.1) и затем снижают нагрузку.
Повышают и снижают нагрузку произвольно, но после снижения скорости роста трещины до 10
Нагрузку снижают до нуля, снимают образцы с испытаний, высушивают при температуре 373-423 К (100-150 °С) и разрушают на воздухе на испытательной машине.
2.5.3. Определяют конечную длину трещины (п.1.5.7). Конечная длина трещины должна быть не более 70% ширины образца.
2.6. Обработка результатов
2.6.1. По нагрузке остановки трещины, конечной длине трещины, определенных по пп.2.5.2; 2.5.3 и 1.6.4, вычисляют
2.6.2.
3. МЕТОД 3
3.1. Метод определения
За
3.2. Требования к образцам - по п.1.2.
Количество образцов должно быть не менее трех на каждое значение деформации для данного состояния материала и направления вырезки образца.
3.3. Аппаратура, материалы и реактивы
3.3.1. Машины и приспособления, жесткость которых не менее, чем в 10 раз больше жесткости образца в начале испытаний, позволяющих осуществить плавное нагружение образцов, надежное их центрирование и обеспечивать постоянную заданную деформацию образца в процессе испытаний, например, приспособление для нагружения образца типа ВР1 (рекомендуемое приложение 8). Образец типа ВР11 нагружают с помощью винта и центрирующего вкладыша.
3.3.2. Машины или вибраторы - в соответствии с требованиями п.1.3.2.
3.3.3. Микроскопы или другие приборы - в соответствии с требованиями п.1.3.3.
3.3.4. Коррозионная среда для проведения испытаний - по п.1.3.4.
3.4. Подготовка к испытаниям - по п.1.4.
3.4.1. При определении
3.5. Проведение испытаний
3.5.1. Нагружение образцов проводят до
3.5.2. Образцы с приспособлением помещают в коррозионную среду и контролируют рост трещины (п.2.3.4). Если после начала испытаний трещина не растет в течение 15 сут,
3.6. Обработка результатов
3.6.1. Определяют нагрузку остановки трещины
3.6.2. Определяют конечную длину трещины (п.1.5.7) и вычисляют
Результаты вносят в протокол испытаний.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Термин | Определение |
Коэффициент интенсивности напряжений ( | Величина, характеризующая интенсивность напряжений вблизи вершины трещины в линейно-упругой среде при отрывном типе деформации (поверхности трещины отходят друг от друга по нормали) в условиях трехосного напряженного состояния материала (при плоской деформации) |
Критический коэффициент интенсивности напряжений на воздухе ( | Коэффициент интенсивности напряжений при плоской деформации, соответствующий разрушающей нагрузке при статических испытаниях на воздухе |
Начальный коэффициент интенсивности напряжений при испытаниях на коррозионное растрескивание ( | Коэффициент интенсивности напряжений при испытаниях на коррозионное растрескивание, определяемый по значениям начальной нагрузки на образец и начальной длины концентратора напряжений (механический надрез+усталостная трещина) |
Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании ( | Коэффициент интенсивности напряжений при плоской деформации, характеризующий сопротивление материала росту трещины при коррозионном растрескивании (в данных условиях: электролит, температура и т. п.), ниже которого рост трещины отсутствует или скорость роста не превышает 0,0001 мм/ч |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
Марка | |
Высокопрочные стали* | |
30ХГСНА | 17 |
28Х3СНМВФА | 16 |
42Х2ГСНМА | 12 |
03Н18Х9М5Т | 10 |
000Х12К13Н5М5Т | 50 |
Титановые сплавы** | |
ВТ-20 | 46 |
ВТ6 | 56 |
ВТ5-1 | 40 |
ВТ-15 | 35 |
___________ * После термической обработки на максимальную прочность. ** Горячекатаный лист. |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Обязательное
ТИПЫ ОБРАЗЦОВ
ОР
Черт.1
Примечания:
1. Непараллельность плоскостей
2.
3.
КИ
Черт.2
Примечания:
1.
2. Непараллельность плоскостей
3.
4.
ВРI
Черт.3
Примечания:
1.
2. Непараллельность плоскостей
3.
4.
5.
ВРII
Черт.4
Примечания:
1. Неперпендикулярность оси отверстия
2.
3.
4.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Обязательное
СХЕМА ВЫРЕЗКИ ОБРАЗЦОВ
Листы*, штамповки, поковки
прямоугольного сечения
_______________
* Направление вырезки только
Полуфабрикаты
цилиндрического вида
Направление вырезки:
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Рекомендуемое
ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ
Марки- ровка образца | Механи- ческие свойства | Тип образца | Длина трещины, мм | Корро- зионная среда | Темпе- ратура среды, К | Метод опре- деления |
|
| |||||||
| Обозна- чение | Направ- ление вырезки | Тол- щина | Ши- рина | Длина | исход- ная | конеч- ная |
|
|
| расчет- ный | дей- стви- тель- ный |
| ||
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Справочное
ЗНАЧЕНИЕ
0,20 | 2,43 | 1,20 | 5,19 | 5,70 |
0,21 | 2,48 | 1,24 | 5,22 | 5,75 |
0,22 | 2,52 | 1,28 | 5,25 | 5,81 |
0,23 | 2,57 | 1,32 | 5,29 | 5,88 |
0,24 | 2,62 | 1,36 | 5,34 | 5,95 |
0,25 | 2,67 | 1,40 | 5,41 | 6,04 |
0,26 | 2,72 | 1,44 | 5,48 | 6,14 |
0,27 | 2,77 | 1,48 | 5,56 | 6,24 |
0,28 | 2,83 | 1,52 | 5,65 | 6,36 |
0,29 | 2,89 | 1,56 | 5,74 | 6,48 |
0,30 | 2,95 | 1,60 | 5,85 | 6,60 |
0,31 | 3,01 | 1,65 | 5,96 | 6,74 |
0,32 | 3,08 | 1,69 | 6,09 | 6,88 |
0,33 | 3,15 | 1,74 | 6,22 | 7,02 |
0,34 | 3,22 | 1,79 | 6,35 | 7,17 |
0,35 | 3,30 | 1,83 | 6,50 | 7,33 |
0,36 | 3,38 | 1,88 | 6,65 | 7,49 |
0,37 | 3,46 | 1,94 | 6,81 | 7,66 |
0,38 | 3,55 | 1,99 | 6,97 | 7,83 |
0,39 | 3,64 | 2,04 | 7,14 | 8,00 |
0,40 | 3,73 | 2,10 | 7,32 | 8,18 |
0,41 | 3,83 | 2,16 | 7,51 | 8,36 |
0,42 | 3,94 | 2,22 | 7,70 | 8,55 |
0,43 | 4,05 | 2,28 | 7,91 | 8,74 |
0,44 | 4,17 | 2,35 | 8,12 | 8,94 |
0,45 | 4,29 | 2,42 | 8,34 | 9,15 |
0,46 | 4,42 | 2,49 | 8,37 | 9,36 |
0,47 | 4,56 | 2,56 | 8,81 | 9,58 |
0,48 | 4,70 | 2,64 | 9,06 | 9,82 |
0,49 | 4,86 | 2,72 | 9,32 | 10,06 |
0,50 | 5,02 | 2,81 | 9,60 | 10,31 |
0,51 | 5,18 | 2,90 | 9,90 | 10,58 |
0,52 | 5,36 | 2,99 | 10,21 | 10,87 |
0,53 | 5,55 | 3,09 | 10,54 | 11,17 |
0,54 | 5,74 | 3,19 | 10,89 | 11,49 |
0,55 | 5,95 | 3,30 | 11,26 | 11,83 |
0,56 | 6,16 | 3,41 | 11,66 | 12,20 |
0,57 | 6,39 | 3,54 | 12,08 | 12,60 |
0,58 | 6,63 | 3,66 | 12,54 | 13,03 |
0,59 | 6,88 | 3,80 | 13,02 | 13,49 |
0,60 | 7,14 | 3,94 | 13,54 | 13,98 |
0,61 | 7,42 | 4,10 | 14,10 | 14,52 |
0,62 | 7,71 | 4,26 | 14,70 | 15,10 |
0,63 | 8,01 | 4,44 | 15,34 | 15,73 |
0,64 | 8,33 | 4,62 | 16,04 | 16,42 |
0,65 | 8,67 | 4,83 | 16,78 | 17,16 |
0,66 | 9,02 | 5,04 | 17,58 | 17,96 |
0,67 | 9,39 | 5,27 | 18,44 | 18,83 |
0,68 | 9,77 | 5,52 | 19,37 | 19,77 |
0,69 | 10,18 | 5,79 | 20,36 | 20,79 |
0,70 | 10,60 | 6,08 | 21,43 | 21,90 |
Примечание. |
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Рекомендуемое
МОСТОВАЯ СХЕМА НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ И ЗАПИСИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ОБРАЗЦА С ТРЕЩИНОЙ
Образец нагружается растягивающей силой
1 - образец; 2 - электрохимическая ячейка; 3 - стабилизированный источник тока (П 138); 4 - вводы; 5 - двойной мост (Р 329);
6 - микровольтмикроамперметр (Ф 116/1);7 - потенциометр; 8 - электронный потенциометр (КСП-4)
Образец укреплен в электроизолированных от корпуса нагружающего устройства захватах и уплотнен во второпластовой ячейке с коррозионной средой, в которой исследуется рост трещины. Через образец от стабилизированного источника проходит постоянный ток плотностью 0,01-0,1 А/мм
До начала нагружения двойным мостом измеряют электрическое сопротивление образца; после нагружения и начала роста трещины электрическое сопротивление образца увеличивается, что приводит к разбалансу моста, величина которого записывается электронным потенциометром. При достижении конца шкалы потенциометра проводят повторную компенсацию и т.д., снижая чувствительность многопредельного микровольтмикроамперметра по мере увеличения скорости роста трещины.
С помощью схемы можно измерять приращение трещины менее 0,001 мм (после прогрева приборов в течение 3 ч и термической стабилизации не ниже 0,5 К). Ни один из приборов схемы не является обязательным и может быть заменен другим прибором, имеющим те же показатели чувствительности и класс точности.
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
Рекомендуемое
СХЕМА ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1 - винт;
2 - гайка;
3 - шток; 4 - продольный паз; 5 - образец
Образец нагружают двумя штырями с помощью винтовой пары и штока, имеющих продольный паз для размещения образца. Винт через отверстие связан с верхним штырем, а шток своим торцом контактирует с нижним штырем. Гайка глухим торцом перемещает шток в полости винта, осуществляя тем самым взаимное смещение нагружающих штырей и деформирование образца.
Текст документа сверен по:
Защита от коррозии. Ч.5 Методы
ускоренных испытаний: Сб. ГОСТов. -
М.: Издательство стандартов, 1993