Гост размер образца для испытаний
Проведен анализ существующих способов штрихового кодирования и оценена возможность и целесообразность их использования применительно к образцам для испытаний. В качестве объектов рассмотрены образцы для наиболее востребованных испытаний по определению физико-механических свойств металлических материалов. Для идентификации металлических образцов для высокотемпературных испытаний оптимальным решением является нанесение полной (расширенной) маркировки на упаковку и сокращенной маркировки – на торец образца. Для автоматизации идентификации образца целесообразно наносить штриховое кодирование на упаковку образца.
Введение
В современном авиадвигателестроении большое внимание уделяется показателям долговечности, надежности и безотказности узлов и элементов конструкции, что, в свою очередь, предъявляет высокие требования к материалам, применяемым в конструкции [1–4].
Оценку физико-механических свойств материалов для определения достоверных значений проводят в аккредитованных испытательных лабораториях. Требования к испытательным лабораториям содержатся в ГОСТ ИСО/МЭК 17025–2009. В частности, одним из требований является обеспечение идентификации объекта испытания (п. 5.8.2): «В лаборатории должна быть система идентификации объектов испытаний и/или калибровки. Идентификация должна сохраняться на протяжении всего пребывания объекта в лаборатории. Система должна быть спроектирована и действовать таким образом, чтобы не допустить путаницы объектов физически или при ссылках на них в протоколах или других документах…» [5]. Самым надежным способом для идентификации образца является нанесение маркировки (и другой идентификационной информации) непосредственно на него, даже если он будет отделен от упаковки и перемешан с другими образцами. Однако нанесение буквенно-цифровой маркировки (частично или полностью) на образец (и на упаковку) не всегда возможно, ввиду его габаритов и конструктивных особенностей. Одним из возможных способов решения вопроса нанесения большого объема идентификационной информации на небольшой площади является использование штрихового кодирования, которое нашло широкое применение в промышленном производстве.
Работа выполнена в рамках реализации комплексной научной проблемы 2.2. «Квалификация и исследования материалов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [1].
Материалы и методы
Проведен анализ существующих способов штрихового кодирования для автоматической идентификации образцов и оценена возможность и целесообразность их использования применительно к образцам из жаропрочных сплавов для высокотемпературных испытаний. В качестве объектов рассмотрены образцы для наиболее востребованных испытаний по определению физико-механических свойств металлических материалов – статических (ГОСТ 1497–84, ГОСТ 9651–84, ГОСТ 10145–81) и усталостных (ГОСТ 25.502–79, ASTM E606). В качестве способов идентификации образцов рассмотрены визуальный (нанесение буквенно-цифровой маркировки на образец или упаковку образца) и автоматизированные (нанесение штрихового кодирования, содержащего информацию для идентификации образца, по существующим технологиям на образец или упаковку образца).
Результаты и обсуждение
Жаропрочные сплавы, применяемые в авиационных двигателях, используются для изготовления таких видов деталей, как диск, вал, лопатка, корпус. Образцы для оценки уровня физико-механических свойств жаропрочных материалов получают из заготовок, вырезанных либо из готового изделия, либо из полуфабриката. Для полуфабрикатов из жаропрочных материалов характерными формами являются пруток, отливка, штамповка, поковка, раскатное кольцо, плита и т. п. Изготовление большеразмерных образцов из таких заготовок нецелесообразно ввиду ограниченных размеров и с целью экономии дорогостоящего металла. Применяемые на предприятиях отрасли образцы для испытаний, с целью оценки физико-механических свойств жаропрочных материалов, имеют длину 70–80 мм, цилиндрическую форму с рабочей частью постоянного сечения диаметром около 3–5 мм с плавным переходом к захватной части (резьбовой или безрезьбовой) диаметром 10–14 мм с плоскими торцами с центровочными отверстиями (рис. 1) [6–9].
Рис. 1. Типичная форма образца для испытаний жаропрочных сплавов
Такие образцы применяются для проведения испытаний для определения физико-механических характеристик жаропрочных материалов при температурах от комнатной до 1200°С с длительностями температурно-силового воздействия до 1000 ч.
Одно из основных требований к маркировке образцов – это уникальность, что должно исключить вероятность получения различных результатов для одного номера образца. Для этого, как правило, в маркировку включаются кодовые (буквенно-цифровые) обозначения номера договора, по которому проводится работа, номера и шифра полуфабриката, из которого вырезан образец, направления и места вырезки из полуфабриката, особенности технологии и структуры, номера партии, кристаллографической ориентации, вида или кода испытания/исследования, условий испытания, кода исполнителя и т. п. В результате уникальная маркировка может содержать 10–20 символов. Кроме того, желательно наличие в непосредственной близости от образца (например, на упаковке) подобной информации в незашифрованном виде для удобства работы испытателя.
Наносимая маркировка не должна оказывать влияние на результаты испытания и при этом сохраняться после испытания для обеспечения идентификации образца вплоть до его утилизации. При этом при разрушении образца (разделение на две части) необходимо идентифицировать каждую половину. Таким местом (для рассматриваемых образцов) может быть торец образца, так как это плоская поверхность круглой формы площадью около 60–75 мм 2 (диаметром 9–10 мм) с двух сторон образца.
При нанесении маркировки минимальный отступ от края поверхности должен быть не менее 1 мм. Расположение маркировки на торцах образца возможно двумя способами – по концентрической окружности (рис. 2, а) и прямоугольными блоками (рис. 2, б).
Рис. 2. Варианты нанесения маркировки на торец образца для испытаний:
а – по концентрической окружности; б – прямоугольными блоками
Маркировка также может быть нанесена на упаковку образца. Минимальная площадь поверхности образца для размещения маркировки составляет 1300 мм 2 . В отличие от торца образца, на упаковке возможно размещение гораздо большего объема информации.
Маркировка образца может быть предназначена для визуальной идентификации (буквенно-цифровая) человеком и для автоматической (штриховое кодирование, RFID) идентификации с помощью специальных устройств, а также возможно совмещение обоих вариантов маркировки.
Маркировка для визуальной идентификации образца
Такой вид маркировки предназначен, в первую очередь, для идентификации образца человеком с помощью зрения – без использования дополнительных приборов. Оптимальный размер символа для чтения невооруженным глазом 2×2 мм, минимальный 1×1 мм.
При нанесении буквенно-цифровой маркировки по концентрической окружности максимальное количество символов составляет 16 шт. при размере 2×2 мм и 32 шт. – при размере 1×1 мм.
При нанесении буквенно-цифровой маркировки прямоугольными блоками максимально возможно нанести 4 символа при размере 2×2 мм и 18 символов – при размере 1×1 мм.
При нанесении маркировки на упаковку образца возможно размещение гораздо большего числа символов, что ограничивается только ее размерами. Минимальное количество буквенно-цифровых символов для упаковки, незначительно превышающей габариты образца, составит 100–300 шт. На упаковке большего размера возможно размещение еще большего количества информации.
Нанесение буквенно-цифровой маркировки на образец позволяет визуально однозначно его идентифицировать без использования дополнительных устройств. При этом есть вероятность, что после проведения испытания маркировка будет повреждена или хуже восприниматься визуально из-за окисления поверхности после воздействия температур. Достоверно прочитать поврежденную маркировку (даже при повреждении одного символа) невозможно.
Маркировка для автоматической идентификации образца
(с помощью дополнительного оборудования)
Любой способ автоматической идентификации требует дополнительных приборов считывания и программного обеспечения для расшифровки. В настоящее время существует три основных вида автоматической идентификации: RFID-метка, линейный штрих-код, двумерный штрих-ход.
Для обозначенных целей не подходит RFID-метка (ГОСТ Р 54621–2011) (рис. 3, а), поскольку является радиометкой и может быть либо наклеена, либо прикреплена другим способом, что невозможно в случае образца для испытаний, так как в ходе испытаний метка будет повреждена.
Линейные штрих-коды (ГОСТ Р ИСО/МЭК 15417–2013, ГОСТ Р ИСО/МЭК 16388–2017 и др.) (рис. 3, б) также не могут быть использованы, так как минимальный размер для считывания лазерным сканером должен быть 5×20 мм. В качестве носителя информации выступают вертикальные темные линии и светлые промежутки между ними фиксированной ширины. Каждая полоса или промежуток – это 1 бит информации. Чтение информации сканером происходит только в горизонтальном направлении при определенной ориентации штрих-кода.
Двумерные (матричные) штрих-коды позволяют зашифровать больший объем информации на меньшей площади по сравнению с линейными штрих-кодами, поскольку более эффективно используют площадь нанесения. Двумерные штрих-коды состоят из набора темных и светлых точек (модулей), распределенных по всей площади рисунка, каждая из которых – это 1 бит информации, и специальных шаблонов ориентации, которые позволяют сканировать штрих-коды под любым углом. Основными типами двумерных штрих-кодов являются: Aztec code (ГОСТ Р ИСО/МЭК 24778–2010) (рис. 3, в), QR-code (ГОСТ Р ИСО/МЭК 18004–2015) (рис. 3, г), Data matrix code (ГОСТ Р ИСО/МЭК 16022–2008) (рис. 3, д), PDF417 code (ГОСТ Р ИСО/МЭК 15438–2018) (рис. 3, е). Все типы штрих-ходов содержат коды коррекции ошибок, что позволяет считать информацию даже при частичном повреждении изображения штрих-кода.
Рис. 3. Типичный вид кодов автоматической идентификации:
а – RFID-метка; б – линейный штрих-код; в – Aztec code; г – QR-code; д – Data matrix code;
е – PDF417 code
Каждый из двумерных штрих-кодов использует различные алгоритмы считывания информации и площадь символа используется по-разному. Aztec code использует в качестве шаблона поиска и ориентации набор концентрических квадратов в центре символа, QR-code использует для этой цели квадратные символы по углам штрих-кода, Data matrix code (DMC) использует границы символа толщиной в 1 модуль, PDF417 использует набор вертикальных полос по краям символа. Исходя из этих особенностей, представляется, что Data matrix code позволяет на одинаковой площади разметить больше модулей информации. Для проверки предположения сгенерированы штрих-коды с одинаковой информацией – ссылкой на сайт Испытательного центра ФГУП «ВИАМ» (рис. 4).
Рис. 4. Зашифрованная ссылка на сайт Испытательного центра ФГУП «ВИАМ» http://isp.viam.ru:
а – Aztec code; б – QR-code; в – Data matrix code; г – PDF417 code
Наиболее эффективно площадь нанесения позволяет использовать Data matrix code, кроме того, для такого типа штрих-кодов возможны самые маленькие размеры: 10×10 модулей.
Максимальный размер штрих-кода, который можно разместить на торце рассматриваемого образца, составляет 2×2 мм, что позволяет нанести штрих-код 14×14 модулей. В таком штрих-коде можно зашифровать не более 10 латинских букв и цифр (по предлагаемой схеме кодировки) либо 16-разрядное число или 6 байтов информации.
Использование буквенно-цифрового набора символов (прямое указание маркировки) позволит прочитать маркировку на экране дешифрующего устройства, однако такой подход ограничивает количество символов 10 латинскими буквами и цифрами. Маркировка образцов для однозначной идентификации должна быть уникальной и неповторяющейся, поэтому зачастую содержит большой объем информации: номер плавки, шифр заготовки, место и направление вырезки, порядковый номер и т. п. В 10 символах разместить это затруднительно. Поэтому штрих-ход целесообразно использовать не сам по себе, а вместе с базой данных предприятия, где каждому образцу будет присвоен сквозной цифровой идентификационный номер (от 10-значного до 16-разрядного), по которому в базе данных можно найти всю информацию об образце (по сути, это ссылка в базу данных), включая маркировку. Именно этот номер и следует зашифровать в штрих-коде. Такой подход требует наличия на предприятии базы данных, фиксирующей прохождение этапов производства образца начиная с этапа получения полуфабриката из исследуемого материала.
Визуально прочитать такой код невозможно, для расшифровки потребуется сканирующее устройство и программное обеспечение по дешифровке. Поэтому целесообразно дополнительно к штрих-коду наносить буквенно-цифровую маркировку, хотя бы в усеченном виде, по которой можно будет идентифицировать образец в рамках одной партии образцов (рис. 5).
Рис. 5. Пример комплексной маркировки
Следует учитывать, что при проведении испытаний, особенно высокотемпературных, штрих-код может быть частично поврежден как в результате окисления, так и в результате механического воздействия (например, при испытаниях на МЦУ) [10–12]. Несмотря на то что DMC имеет функцию коррекции ошибок и для размера 14×14 модулей возможно корректное считывание при повреждении до 30% кода, этого может оказаться недостаточно и код не будет распознан.
Если же штрих-код наносить на упаковку образца, то возможно размещение кода большего размера, что обеспечит более надежное считывание информации.
Для нанесения маркировки на металлический образец необходимо иметь ЧПУ-гравер для нанесения штрих-кода, комплект сканеров высокого разрешения для считывания кодов, программное обеспечение для шифровки и дешифровки кода, базу данных по образцам. Для нанесения маркировки на упаковку можно использовать принтер, но желательно иметь принтер для печати наклеек, чтобы закреплять информацию на упаковке сразу при производстве.
Необходимо также иметь в виду, что при нанесении штрих-кода на образец возможно образование «выплесков» металла по границам штрих-кода, что может нарушить требования к плоскости и параллельности торцов для усталостных испытаний [13–15].
Наиболее оптимальным решением является нанесение маркировки и DMC (содержащего информацию об образце или ссылку в базу данных) на упаковку образца с нанесением части буквенно-цифровой маркировки на торец образца. Нанесение DMC на торец образца для высокотемпературных и усталостных испытаний не является достаточно оправданным решением ввиду достаточно вероятного сильного повреждения кода в ходе испытания. Таким образом, достоверно использовать маркировку можно только до испытания, хотя не менее важно сохранение ее после испытания, особенно для образцов, предназначенных для хранения на период эксплуатации изделия. Кроме того, нанесение DMC на образец требует приобретения дополнительного оборудования, такого как ЧПУ-гравер и сканер высокого разрешения.
Заключения
1. Для идентификации рассмотренных цилиндрических образцов металлических материалов для высокотемпературных испытаний оптимальным решением является нанесение полной (расширенной) маркировки на упаковку и сокращенной маркировки – на торец образца, по которой можно однозначно идентифицировать образец в пределах партии образцов. При этом необходимо принять меры по исключению возможности перемешивания образцов из разных партий.
2. Для нанесения расширенной информации об образце целесообразно использовать Data matrix code и наносить его на упаковку образца. При этом желательно иметь на предприятии базу данных с полной информацией об истории образца.
3. Нанесение Data matrix code на торец образца является неоднозначным решением. Несмотря на то что это обеспечивает однозначную идентификацию образца, весьма вероятно повреждение кода в ходе испытания, при этом требуются дополнительные траты на приобретение оборудования для нанесения кода на образец.
Источник
1. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦОВ
плоские образцы с начальной расчетной длиной мм, где F 0 — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца в мм 2 . Толщина плоского образца определяется толщиной проката.
Допускается при наличии технических обоснований применять пропорциональные ( мм) образцы других размеров и форм. Диаметр цилиндрических образцов должен быть не менее 3 мм. Форму в размеры образца для испытаний устанавливают стандартами или техническими условиями на металлопродукцию.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
При применении образцов различных размеров необходимо учитывать возможное влияние масштабного фактора на результаты испытания.
1.2 Допускаемые отклонения на размеры и параметр шероховатости обрабатываемой поверхности образцов должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 1 .
Допускаемое отклонение, мм
Параметр шероховатости R а по ГОСТ 2789-73 , мкм, не более
Диаметр рабочей части
Плоский прямоугольного сечения
с сохранением поверхностного слоя
Ширина рабочей части
обрабатываемый с четырех сторон
Ширина рабочей части
Толщина рабочей части, мм
Допускается применение образцов с надрезом, параметры которых (форма, угол, радиус в основании) указываются в стандартах или технических условиях на металлопродукцию. Если эти параметры не указаны, то они выбираются, исходя из конфигурации детали или целей испытания. Диаметр образца в надрезе должен быть равен диаметру гладкого образца.
Надрез на образцах должны наносить после термической обработки в соответствии с требованиями п. 1.6.
1.2.1 . Биение цилиндрического образца при проверке в центрах не должно превышать 0,02 мм.
1.2.2 . Допускаемое отклонение по величине площади поперечного сечения не должно превышать ± 0,5 %.
1.3 . Образцы по форме и размерам головок образца и переходной части от головки к его рабочей длине определяют принятым способом крепления образца в захватах испытательной машины и способом крепления измерителя удлинения, если испытание сопровождается измерением деформации образца. Сопряжение головки образца с его рабочей частью должно быть плавным.
1.4 . Образцы можно применять двух видов: с обработанной поверхностью или с сохранением поверхностного слоя (например, образцы из листового проката или образцы, изготовленные методом точного литья) в соответствии со стандартами и техническими условиями на металлопродукцию.
1.5 . Образцы, имеющие коробление, механические повреждения, поверхностные дефекты в виде инородных включений, расслоений, пор, раковин, трещин (возникающих в результате механической или термической обработки), испытаниям не подвергаются. Рихтовка или другой вид правки заготовок или образцов для испытаний не допускается.
1.6 . Если металл подлежит испытанию в термически обработанном виде, то термической обработке подвергаются заготовки для образцов. Если после термообработки металл плохо обрабатывается резанием, то эти заготовки предварительно должны быть доведены до размеров, включающих припуск на окончательную обработку и возможное коробление. Требования к металлу и размерам заготовок устанавливаются стандартами или техническими условиями на металлопродукцию.
При изготовлении образцов не должно происходить изменения структуры и свойств испытываемого металла (например, вследствие нагрева или наклепа).
1.7 . Требования к точности измерения образцов до испытаний должны соответствовать ГОСТ 9651-84 , если не предъявляются более жесткие требования.
(Измененная редакция, Изм. № 1 ).
2. АППАРАТУРА
Технические требования к машинам для испытания металлов на длительную прочность должны соответствовать ГОСТ 15533-80.
3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
3.1 . Образец, установленный в захватах испытательной машины и помещенный в печь, нагревают до заданной температуры (время нагрева должно быть не более 8 ч) и выдерживают при этой температуре не менее 1 ч. При необходимости продолжительность выдержки регламентируется в стандартах или технических условиях на металлопродукцию.
1 . В особых случаях, если испытываемый материал имеет стабильную структуру и предназначен для длительных сроков службы, время нагрева может быть более 8 ч, а для материала, имеющего нестабильную структуру и предназначенного для небольших сроков службы, время предварительной выдержки — менее 1 ч.
2 . Нагревательное устройство может применяться с защитной или иной атмосферой, если этого требуют условия испытания.
3.2 . Для измерения температуры образцов на концах их рабочей части должно быть установлено не менее двух термопар, а на образцах с расчетной длиной свыше 100 мм не менее трех, распределенных равномерно по всей расчетной длине. Термопары устанавливают так, чтобы горячие спаи плотно соприкасались с поверхностью образца. Горячий спай термопары должен быть защищен от воздействия раскаленных стенок печи.
3.3 . Термопары должны поверяться по ГОСТ 8.338-78 . Сроки поверки термопар из неблагородных металлов должны соответствовать указанным в табл. 2 .
Срок эксплуатации, ч, между поверками при диаметре проволоки термопары, мм
Если продолжительность испытания превышает указанные сроки поверки термопар, последние должны поверяться между испытаниями. В случае изменения показаний термопар применяются иные термопары, сохраняющие стабильность показаний до конца испытаний.
Холодный спай термопары в процессе испытаний должен иметь постоянную температуру.
В случае аварийного выхода из строя второй термопары, допускается окончание испытаний при одной термопаре при условии ее работы не менее 70 % времени испытания, предусмотренного в стандартах или технических условиях на металлопродукцию.
3.4 . Отклонения от заданной температуры в любой момент в течение всего времени испытания и в любой точке расчетной длины образца не должны превышать:
± 4 °С от 600 до 900 °С
± 6 °С от 900 до 1200 ° С.
3.5 . Необходимо периодически, не реже чем через 2 ч, измерять температуру испытания. Рекомендуется автоматическая запись температуры на протяжении всего испытания.
Примечание . При арбитражных испытаниях автоматическая запись температуры обязательна.
3.6 . Температура испытания выбирается кратной 25, если по условиям исследования не требуется специальная температура.
3.7 . После нагрева образца и выдержки при заданной температуре к образцу плавно прикладывают нагрузку.
Время до разрушения при заданной величине напряжения, т.е. нагрузки, отнесенной к начальной площади поперечного сечения образца, является основным показателем данного вида испытания,
3.8 . После разрушения образца определяют относительное удлинение (δ) и относительное сужение образца (ψ).
Примечание . В случае проведения приемо-сдаточных испытаний доводить образец до разрушения не обязательно, если образец выдержал норму времени, требуемую стандартами или техническими условиями на металлопродукцию, и при этом не требуется определение относительного удлинения и сужения образца.
3.9 . Продолжительность испытания устанавливается для каждого материала в зависимости от его назначения.
При определении пределов длительной прочности рекомендуется проводить испытания продолжительностью 50, 100, 500, 1000, 3000, 5000, 10000 ч, если не требуется другая база испытания.
3.10 . В случае вынужденного перерыва при проведении испытаний нагрузка может сниматься полностью или частично. Если разгружение образца не производится, то при этом необходимо обеспечить отсутствие дополнительных напряжений в образце при его охлаждении.
Результаты приемо-сдаточных и других контрольных испытаний с перерывами считаются действительными, если суммарная продолжительность испытания образца в нагруженном состоянии при заданной температуре не ниже установленной стандартами или техническими условиями на металлопродукцию.
3.11 . Результаты испытаний считаются недействительными:
при разрыве образца по разметочным рискам или кернам, а также за пределами его расчетной длины или в зоне галтелей, за исключением испытания, при котором суммарная продолжительность испытания или суммарное удлинение не ниже установленных стандартами или техническими условиями на металлопродукцию;
при разрыве образца по дефектам металлургического производства (расслой, пузыри, плены и др.).
3.12 . Температура помещения во время испытания должна быть по возможности постоянной, для обеспечения температуры образца в соответствии с требованиями п. 3.4 .
(Измененная редакция, Изм. № 1 ).
3.13 . Метод применим для испытаний на длительную прочность одновременно нескольких образцов на одной машине (испытание «цепочкой») и цилиндрических образцов с надрезом. Проведение указанных испытаний принципиально не отличается от испытания гладкого образца.
3.13.1 . При испытании «цепочкой» температуру каждого образца допускается измерять одной термопарой, установленной в средней его части, при условии, что температурный градиент на испытываемых образцах не превышает норм настоящего стандарта. Температуру образцов с надрезом измеряют одной термопарой, установленной в надрезе.
3.14 . Испытания гладких образцов на длительную прочность рекомендуется проводить с измерением удлинения образца до момента разрушения.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
4.1 . В результате испытаний устанавливается зависимость между напряжением и временем до разрушения при заданной постоянной температуре. При этом число уровней напряжений должно быть не менее трех. Каждому напряжению должно ориентировочно соответствовать время до разрушения из ряда, приведенного в п. 3.8 .
По результатам испытаний серии образцов для каждого напряжения определяется среднее значение времени до разрушения. Количество образцов в серии должно обеспечивать необходимую точность определения предела длительной прочности. Графически зависимость между напряжением и средним значением времени до разрушения представляется в логарифмических или полулогарифмических координатах. По этим графикам интерполяцией или экстраполяцией определяют средние значения пределов длительной прочности материала, записывая полученные величины с точностью до 5 МПа, при этом указывается метод определения этих величин.
Рекомендуется определять значения пределов длительной прочности для времени до разрушения из ряда, приведенного в п. 3.8.
При необходимости статистической оценки значений пределов длительной прочности используют стандартные методы математической статистики.
При экстраполяции интервал экспериментальных средних значений времени до разрушения должен быть не менее 1,3 порядка.
Не рекомендуется проводить экстраполяцию на срок службы, превышающий максимальное среднее значение времени до разрушения более, чем на полтора порядка.
(Измененная редакция, Изм. № 1 ).
Пример условного обозначения предела длительной прочности σ за 1000 ч испытания при температуре 700 °С:
4.2 . Относительное удлинение цилиндрических, гладких и плоских образцов после разрыва (δ) в процентах подсчитывают по формуле
где l 0 — начальная расчетная длина, измеренная при комнатной температуре перед испытанием образца, мм;
l к — расчетная длина после разрыва, мм.
Начальную расчетную длину ( l 0 ) — длину участка рабочей части образца, на котором измеряется удлинение — перед началом испытания ограничивают рисками или кернами с погрешностью ± 1 %.
Допускается за начальную расчетную длину принимать расстояние между головками образца или расстояние между кернами, нанесенными на галтелях последнего.
4.3 . Для измерения расчетной длины после разрыва ( l к ) разрушенные части образца плотно складываются так, чтобы оси их образовали прямую линию.
Если после испытания образца в месте разрыва образуется частичный зазор, обусловленный выкрашиванием металла или другими причинами, то он включается в длину расчетной части образца после разрыва.
Расчетная длина образца до и после испытания измеряется с погрешностью до 0,05 мм.
4.4 . Относительное сужение после разрыва цилиндрических гладких образцов и образцов с надрезом (ψ) в процентах подсчитывают по формуле
где F 0 — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца, измеренная при комнатной температуре перед испытанием, мм 2 ;
F к — площадь поперечного сечения образца после разрушения, подсчитанная по среднему арифметическому из результатов измерений минимального диаметра в месте разрыва в двух взаимно перпендикулярных направлениях, мм 2 .
Измерение образцов после испытаний производится с погрешностью до 0,01 мм.
Примечание . Допускается измерять диаметр образца в месте разрушения после испытания с точностью до 0,05 мм.
4.5 . В протоколе испытания должны быть указаны: температура испытания, напряжение, материал и размеры испытательного образца, параметры надреза, если образец имеет надрез, время до разрушения или продолжительность испытания, относительное удлинение образца и сужение площади поперечного сечения образца после разрушения.
Если во время испытания имели место перерывы, то следует указать их количество и условия, в которых находился образец во время перерыва.
Результаты испытаний на длительную прочность записывают по форме, приведенной в рекомендуемом приложении.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рекомендуемое
ФОРМА ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ
3 . Вид полуфабриката (прокат сортовой, прокат листовой, труба, отливка и т.д.) и его размеры.
Источник
ГОСТ 24648-90 Чугун для отливок. Отбор проб и изготовление образцов для механических испытаний
Настоящий стандарт устанавливает требования к литым пробам, заготовкам и образцам для механических испытаний всех видов чугуна для отливок.
1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1.1. Литая проба — отливка или прилив, из которой отбирают заготовку.
1.2. Заготовка — часть литой пробы или отливки, из которой изготовляют образец.
1.3. Образец — механически обработанная часть заготовки или необработанный литой образец установленной формы и размеров, предназначенные для определения механических свойств.
2. ПРОБЫ И ОБРАЗЦЫ ИЗ ЧУГУНА С ПЛАСТИНЧАТЫМ ГРАФИТОМ
2.1. Отдельно отлитые пробы изготовляют диаметром (30) мм и длиной, превышающей длину образца не менее чем на 40 мм.
2.2. Пробы отливают в формы, изготовленные из формовочной смеси на основе кварцевого песка или других смесей с аналогичными теплофизическими свойствами.
2.3. Пробы для оценки механических свойств чугуна в отливках, изготовляемых в металлических формах, допускается отливать в металлические формы. Форму, размеры проб и уровень механических свойств при этом устанавливают в технической документации на отливки.
Допускается вырезка заготовок непосредственно из стенок отливки. Форму, размеры заготовок, место их вырезки и уровень механических свойств устанавливают в технической документации на отливки.
2.4. При отливке двух и более проб в одной форме расстояние между пробами, а также между полостью и поверхностью формы должно быть не менее 50 мм.
2.5. Пробы выбивают из формы после их охлаждения до температуры ниже 500 °С (не менее чем через 35 мин после заливки). Дальнейшее охлаждение проб должно осуществляться на сухой подкладке.
2.6. Рекомендуемые формы и размеры приливов к отливкам массой свыше 200 кг и толщиной стенки свыше 20 мм приведены в приложении 1.
2.7. Образцы для испытания на растяжение должны соответствовать черт.1, 2 или 3. Ось образца должна совпадать с осью пробы.
Форма и размеры головок образцов могут быть изменены в соответствии с формой и размерами зажимного устройства испытательной машины.
При вырезке заготовок из стенок отливки допускается в технической документации устанавливать размеры образцов по ГОСТ 1497.
2.8. Образцы для определения твердости отбирают из головок образцов после их испытания на растяжение или вырезают непосредственно из проб.
Образцы вырезают так, чтобы место определения твердости находилось на расстоянии не менее 35 мм от торца пробы.
Образцы должны соответствовать требованиям ГОСТ 9012.
3. ПРОБЫ И ОБРАЗЦЫ ИЗ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ И ВЕРМИКУЛЯРНЫМ ГРАФИТОМ
3.1. Тип, форма и размеры проб для изготовления образцов должны соответствовать приведенным на черт.4 и в табл.1 или на черт.5 и в табл.2.
Источник
ГОСТ 26447-85 Породы горные. Метод определения механических свойств.
Срок действия с 01.07.86
до 01.07.91*
_______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 11-12, 1994 год). — Примечание "КОДЕКС".
РАЗРАБОТАН Министерством геологии СССР
Л.И.Одинцова, канд. геол.-минерал. наук
ВНЕСЕН Министерством геологии СССР
Начальник Технического управления С.И.Голиков
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26 февраля 1985 г. N 379
Настоящий стандарт распространяется на глинистые горные породы и устанавливает метод определения их механических свойств одноосным сжатием при инженерно-геологических работах.
Сущность метода заключается в сжатии образца породы в условиях свободного бокового расширения.
Стандарт не распространяется на глинистые породы, содержащие крупнообломочные включения размером более 0,1 диаметра образца свыше 10% по объему, породы в мерзлом состоянии и породы текучей (за исключением скрытотекучей) консистенции.
1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Испытания проводятся по сокращенной или полной программе. При испытаниях по сокращенной программе определяется предел прочности пород; полная программа включает определение предела прочности пород, модулей упругой и общей деформации, типа деформационного поведения и построение диаграммы "напряжение — деформация".
1.2. Предел прочности при одноосном сжатии образцов с продольной деформацией в момент разрушения определяется как отношение приложенной силы , при которой происходит разрушение образца породы, к площади его начального поперечного сечения .
Предел прочности при определяется с учетом увеличения площади поперечного сечения образца
1.3. В случае необходимости определение дополнительных характеристик пород при одноосном сжатии проводится в соответствии с рекомендуемым приложением 1.
2. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ
2.1. Для получения образцов глинистых пород отбирают пробы по ГОСТ 12071-72 со следующими дополнениями.
2.1.1. Образцы пород для испытаний должны иметь форму цилиндра диаметром 28, 40, 56, 80 мм, с отношением высоты к диаметру 1,5:1 или 2:1, для глинистых пород со скрытотекучей консистенцией (типа иольдиевых глин) и мягкопластичных — 1,5:1.
Предпочтительным является диаметр 40 мм.
2.1.2. Количество образцов для сокращенных испытаний должно быть не менее двух, а для полных — не менее трех.
2.1.3. Образцы должны иметь ровную поверхность без сколов, раковин и сквозных трещин, обнаруживаемых визуально.
3. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ
3.1. Для подготовки образцов пород и проведения испытаний применяют:
кольца режущие (см. черт.1-5 рекомендуемого приложения 2);
насадки на кольца;
весы лабораторные по ГОСТ 24104-80 с гирями по ГОСТ 7328-82;
стаканчики стеклянные по ГОСТ 25336-82 или алюминиевые;
эксикатор по ГОСТ 25336-82 с кальцием хлористым техническим по ГОСТ 450-77;
смазку, не оказывающую химического воздействия на породу (вазелин технический, солидол и др.).
3.2. Для определения предела прочности применяют прибор одноосного сжатия ИГП-10 или П-12М либо пресс (механический, гидравлический), обеспечивающие передачу на образец непрерывно возрастающей силы, измеряемой с погрешностью не более 5%.
Допускается применять пресс со ступенчатым нагружением.
3.3. Для испытания образцов пород по полной программе оборудование, указанное в п.3.2, должно иметь устройство, обеспечивающее непрерывную запись перемещения торца образца в зависимости от приложенной силы. Погрешность измерения перемещения торца — не более 0,1 мм.
4. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ
4.1. Образцы породы вырезают из монолита или керна режущим кольцом с помощью винтового пресса.
4.2. Внутренний диаметр и высоту кольца измеряют штангенциркулем с погрешностью не более 0,1 мм. Измерения проводят в трех-четырех сечениях и из полученных результатов измерений вычисляют среднее арифметическое значение диаметра и высоты кольца.
4.3. Режущее кольцо без образца породы взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.
4.4. Кольцо помещают на выровненную поверхность монолита или керна и скальпелем срезают породу с наружной стороны кольца для обеспечения с помощью винтового пресса свободной насадки кольца на столбик породы. Перекос кольца при заполнении его породой не допускается.
После заполнения кольца породой на 0,90-0,95 его высоты на его верхний торец помещают насадку и заполняют ее породой на 2-3 мм, после чего кольцо с породой ножом отделяют от монолита, насадку снимают, а торцевые поверхности образца в кольце тщательно зачищают лекальной линейкой. При зачистке породу удаляют от центра образца к краям. Допускается установка насадки на кольцо до начала вырезания образца.
4.5. В непосредственной близости от места отбора образца берут две пробы для определения влажности.
4.6. Кольцо с породой взвешивают с погрешностью не более 0,01 г для определения плотности.
4.7. Образец породы с помощью выталкивателя осторожно извлекают из кольца.
4.8. Поверхность образца осматривают и характерные признаки породы (наличие или отсутствие слоистости, трещин, включений и др.) записывают в журнал испытаний в соответствии с рекомендуемым приложением 4 или в паспорт испытаний в соответствии с рекомендуемым приложением 5.
4.9. Образцы породы природной влажности испытывают непосредственно после их изготовления. Допускается хранить образцы, покрытые смазкой, не более 6 ч в эксикаторе. Перед испытанием смазку с торцов образца удаляют.
4.10. Для всех образцов пород определяют физические характеристики: влажность — по ГОСТ 5180-75, плотность — по ГОСТ 5182-78, влажность на границах раскатывания и текучести — по ГОСТ 5183-77 и рассчитывают плотность сухого грунта, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения, число пластичности и показатель консистенции.
5. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
5.1. Образец породы помещают в центре столика прибора одноосного сжатия (или опорной плиты пресса). При испытаниях пород, разрушающихся по хрупкому типу, в целях беспрепятственного развития сдвига по плоскости скольжения рекомендуется помещать образец породы между сплошными жесткими штампами (см. черт.1 рекомендуемого приложения 3).
5.2. Верхнюю опорную (нагрузочную) площадку приводят в соприкосновение с верхним торцом образца.
5.3. Скорость нагружения выбирают в зависимости от предполагаемой прочности породы таким образом, чтобы время проведения испытания составляло 5-7 мин.
5.4. При испытаниях по сокращенной программе записывают величину разрушающей силы, зафиксированной измерителем силы. При испытаниях пород, разрушающихся по пластическому типу, когда момент разрушения четко не фиксируется, за величину разрушающей силы принимается сила, соответствующая относительной продольной деформации 0,15.
5.5. При испытаниях по полной программе для определения модуля упругости образец нагружают до напряжения , равного примерно половине разрушающего напряжения, с последующей разгрузкой до 0, после чего образец снова нагружают до разрушения.
5.6. Условия и результаты испытаний записывают в журнал испытаний в соответствии с рекомендуемым приложением 4 или в паспорт испытаний в соответствии с рекомендуемым приложением 5.
6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
6.1. Предел прочности () образца породы в паскалях вычисляют по формулам:
где — сила, при которой происходит разрушение, Н;
— начальная площадь поперечного сечения, м;
— текущая площадь среднего поперечного сечения образца, м, рассчитанная в соответствии с рекомендуемым приложением 6;
— относительная продольная деформация в момент разрушения;
или в МПа по формулам:
Площади сечения образцов рекомендуемых диаметров указаны в справочном приложении 7.
6.2. Если значения предела прочности, полученные по параллельным испытаниям, различаются более чем на 20%, проводят испытание еще одного образца. За результат принимают среднее арифметическое значение величины предела прочности.
6.3. Для получения предела прочности инженерно-геологического элемента (слоя) необходимое число определений устанавливают в зависимости от требований к точности и надежности результатов в соответствии с рекомендуемым приложением 8.
6.4. Статистическую обработку результатов испытаний образцов (вычисление ; ; ) производят в соответствии с рекомендуемым приложением 9. При необходимости вычисляют доверительный интервал величины при заданной доверительной вероятности в соответствии с рекомендуемым приложением 9.
6.5. Модуль упругой деформации () в МПа вычисляют по формуле
где — напряжение, с которого начинается разгрузка образца, МПа;
и — относительная продольная деформация в начале и конце разгрузки (см. черт.1 обязательного приложения 10).
Модуль общей деформации () в МПа вычисляют по формуле
где и — напряжения в конце и начале выбранного участка кривой с монотонным возрастанием, МПа (см. черт.2 обязательного приложения 10);
и — относительные продольные деформации в конце и начале того же участка кривой (см. черт.2 обязательного приложения
6.6. Тип деформационного поведения устанавливают по виду диаграммы (см. черт.3 обязательного приложения 10).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (рекомендуемое). ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое
1. Определение коэффициента структурной прочности
Коэффициент структурной прочности () определяется соотношением
где — предел прочности образца с нарушенной структурой.
Образцы с нарушенной структурой заданной влажности и плотности изготовляют в соответствии с ГОСТ 12248-78.
2. Определение длительной прочности
Кривая длительной прочности, т.е. зависимости времени до разрушения образца от величины приложенного напряжения представлена на черт.1.
Черт.1. Кривая длительной прочности
Кривая длительной прочности
— условно-мгновенная или "стандартная" прочность;
— предел длительной прочности, строится по данным ряда испытаний с фиксированными напряжениями, составляющими определенную долю от величины . Рекомендуется ряд напряжений 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5.
За величину принимается такое напряжение, при котором в течение суток относительная продольная деформация увеличивается менее чем на 0,1%.
Для предохранения образца от высыхания его боковую поверхность покрывают смазкой, нагрузочное устройство с образцом помещают в полиэтиленовый мешок.
3. Определение характеристик сдвига — сцепления и угла внутреннего трения
В тех случаях, когда при разрушении четко выявляется плоская площадка скольжения, метод одноосного сжатия позволяет определять величину сцепления и угла внутреннего трения. С этой целью замеряют угол наклона поверхности площадки (черт.2). По определенным величинам и находятся параметры прямолинейной огибающей диаграммы Мора:
При малых углах внутреннего трения () сцепление определяется как
Черт.2. Схема разрушения образца породы при одноосном сжатии
Схема разрушения образца породы при одноосном сжатии
Черт.3. Диаграмма Мора при одноосном сжатии
Диаграмма Мора при одноосном сжатии
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). РЕЖУЩИЕ КОЛЬЦА
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
1. Материал режущих колец и насадок — сталь коррозионно-стойкая (нержавеющая). Допускается сталь инструментальная легированная.
2. Ряд диаметров режущих колец представляет произвольный ряд, полученный отбором третьих членов из ряда нормальных линейных размеров 20 по ГОСТ 6636-69 (СТ СЭВ 514-77). Кольца выполняются геометрически подобными (черт.1).
Черт.1. Режущие кольца сплошные
Режущие кольца сплошные
1 — кольцо; 2 — насадка
3. Допускается применение режущих колец с внутренним диаметром мм.
4. Высота насадки составляет 8-15 мм.
5. Ширина режущей кромки колец (см. черт.1) для глинистых пород полутвердой и твердой консистенции должна находиться в пределах 0,05-0,10 мм, для остальных глинистых пород — в пределах 0,03-0,05 мм.
6. Предельное отклонение размеров колец — охватывающих по Н 12, охватываемых — по h 12.
7. Разность максимальной и минимальной высот режущего кольца по образующей не должна превышать (см. таблицу).
Источник