TCVN313:1985

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 313:1985 về Kim loại - Phương pháp thử xoắn TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 313 - 85 KIM LOẠI PHƯƠNG PHÁP THỬ XOẮN Metals Method Toraional Teat Tiêu chuẩn này 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 và môi trường khí quyển bình thường, cho kim loại đen, kim loại màu các hợp kim và các sản phẩm của chúng. 1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 1.1. Thử xoắn nhằm mục đích xác định các đặc trưng cơ 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 hoặc kéo đứt. 2. THUẬT NGỮ, ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU Các thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu áp dụng trong tiêu chuẩn này được trình bày trên bảng 1. Bảng 1 Thuật ngữ Định nghĩa Ký hiệu Đơn vị 1 Môđun trượt Tỉ số giữa ứng xuất tiếp và biến dạng góc đàn hồi tuyến tính tại một điểm. c MPa (KG/mm 2 ) 2 Giới hạn tỉ lệ khi xoắn Ứng suất tiếp tĩnh theo công thức xoắn đàn hồi ở một điểm trên chu tuyến ngoài của mặt cắt ngang, tương ứng với một điểm nào đó trên đường cong biến dạng có tang của góc hợp bởi tiếp tuyến đường với trục tải trọng tăng lên 50% so với tang của góc đồ trên phần biến dạng đàn hồi tuyến tính. Chú thích. Đối với các sản phẩm kim loại có các chỉ dẫn đặc biệt cho phép xác định giới hạn tỉ lệ với những giải thiết khác về lượng tăng của tang góc nghiêng của tiếp tuyến với đường cong. Trong trường hợp đó phải có chỉ dẫn trong ký hiệu. Ví dụ: T t125 T tl MPa (KG/mm 2 ) 3 Giới hạn chảy khi xoắn Ứng suất tiếp, tính theo công thức xoắn đàn hồi, khi mẫu có biến dạng dư 0,3%. T 0,3 MPa (KG/mm 2 ) 4 Giới hạn bền khi xoắn (qui ước) Ứng suất tiếp tính bằng tỉ số giữa mômen xoắn lớn nhất khi mẫu đứt với mômen chống xoắn của mẫu thử. T b MPa (KG/mm 2 ) 5 Giới hạn bền thực khi xoắn Ứng suất tiếp thực tế lớn nhất khi mẫu bị phá hủy được tính toán có kể đến sự phân bố lại ứng suất trong miền biến dạng dẻo của mẫu T p MPa (KG/mm 2 ) 6 Biến dạng trượt khi xoắn Biến dạng góc tại một điểm trên bề mặt của mẫu thử. - Biến dạng trượt cực đại. Biến dạng trượt trong ứng với thời điểm mẫu bị phá hỏng. - Biến dạng trượt đàn hồi. Phần biến dạng sau khi bỏ tải sẽ mất đi. - Biến dạng trượt dư: Phần biến dạng còn giữ lại sau khi bỏ tải g độ Rad 7 Biến dạng trượt dư cực đại Biến dạng trượt dư sau khi mẫu đứt. g Max độ Rad 8 Góc xoắn tương đối Góc xoắn của đoạn thanh có độ dài bằng một đơn vị q Rad/mm 9 Cắt đứt hoặc kéo đứt. Đặc trưng phá hủy của vật liệu khi xoắn. Chú thích. Đặc trưng phá hủy được xác định bằng màng phá hủy - Nếu sự phá hủy do ứng suất tiếp gây nên (cắt đứt) thì vết gẫy nằm trên bề mặt vuông góc với trục mẫu. - Nếu sự phá hủy do ứng suất phép gây nên (kéo đứt) thì vết gãy xảy ra theo đường xoắn ốc tạo thành góc 45 o với đường trục của mẫu. 3. Thiết bị thử 3.1. Khi thử xoắn có thể dùng các máy thử khác nhau nhưng phải bảo đảm các yêu cầu sau: Mẫu được xoắn tự do, không có tải trọng phụ khác tác dụng lên mẫu trong suốt quá trình thử. Độ lệch tâm của hai ngàm cặp mẫu không vượt quá 0,01 mm trên mỗi khoảng chiều dài của mẫu là 100 mm. Một đầu ngàm của máy có thể tự do di chuyển dọc trục. Có khả năng tăng lực chính xác đến một vạch chia nhỏ nhất của lực kế. Đo tải trọng với sai số không được vượt quá 1%. Khi có một tải trọng nhất định tác dụng lặp lại thì độ lệch của kim chỉ lực không được vượt quá sai số cho phép của lực kế. Mô đun xoắn khi thử được chọn từ 10 đến 80% mô men xoắn lớn nhất của máy. Khi tăng từng cấp lực, kim của lực kế phải có khả năng giữ nguyên vị trí trong khoản thời gian ít nhất là 30 giây. Đo góc xoắn với sai số không vượt quá ± 0,5 o . 3.2. Máy đo lực phải được kiểm tra trước khi thử. 4. Mẫu thử 4.1. Để thử xoắn chủ yếu dùng các mẫu có mặt cắt ngang là hình trên có bán kính phần làm việc bằng 10 mm, chiều dài tính toán 50 hoặc 100 mm. Mẫu có hai đầu dùng để cặp. Chú thích. Chiều dài tính toán là chiều dài phần mẫu mà trên đó đo góc xoắn. - Đối với các mẫu có đường kính nhỏ hơn 5 mm làm từ các sản phẩm kim loại thì khi thử phải kể đến các yêu cầu tiêu chuẩn riêng của các loại sản phẩm đó. 4.2. Cho phép dùng những mẫu và sản phẩm có kích thước tỉ lệ với mẫu đã qui định trong điều 4.1 kể cả mẫu có dạng hình ống. Chú thích Các kết quả nhận được khi thử mẫu dạng hình ống chỉ được phép sử dụng nếu khi thử mẫu không bị mất ổn định. 4.3. Căn cứ vào phương pháp cặp mẫu của máy thử mà xác định hình dáng, kích thước của đầu mẫu. 4.4. Chỗ chuyển tiếp từ phần làm việc đến phần đầu mẫu phải lượn đều đặn với bán kính lượn không nhỏ hơn 3mm. 4.5. Chênh lệch giữa đường kính lớn nhất và nhỏ nhất trên chiều dài phần làm việc của mẫu không vượt quá 0,2% đường kính. 4.6. Đo đường kính mẫu với sai số không quá 0,01 mm, còn chiều dài mẫu không quá 0,1 mm. 4.7. Đường kính mẫu đo ở nhiều chỗ trên phần làm việc, mỗi chỗ đo theo hai phương vuông góc với nhau. 4.8. Trước khi thử phải kiểm tra lại kích thước của mẫu. 4.9. Khi chế tạo, gia công mẫu không được làm ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu. 4.10. Nhám bề mặt của mẫu 3a < 0,63="" µm="" theo="" tcvn=""> 5. Tiến hành thử và xử lý kết quả 5.1. Khi thử xoắn, tải trọng đo chính xác đến 1 vạch chia trên gương của lực kế. Các đặc trưng cơ học được tính chính xác đến 1%. 5.2. Xác định môđun trượt khi xoắn. 5.2.1. Cặp mẫu vào máy, tác dụng lên mẫu một mômen xoắn tương ứng với suất tiếp ban đầu T 0 bằng 10% giới hạn tỉ lệ theo dự tính. Cặp tenxomét vào phần làm việc của mẫu. Và hiệu chỉnh kim tenxomét về không hoặc ghi giá trị ban đầu của tenxơmét và coi đó là mốc 0. 5.2.2. Tăng lực theo từng cấp đều nhau (không ít hơn ba cấp) sao cho ứng suất trong mẫu không vượt quá giới hạn tỉ lệ. Ứng với mỗi cấp lực, ghi lại kết quả của góc xoắn trên chiều dài tính toán của mẫu. Thời gian ghi góc xoắn không quá 10 giây. 5.2.3. Môđun trượt khi xoắn G tính bằng MPa (KG/mm 2 ) theo công thức: Trong đó: I d - mômen quán tính độc cực, mm 4 ; D M - cấp lực, Nmm (KC. mm) L - Chiều dài tính toán, mm; D j - Giá trị trung bình của góc xoắn trên chiều tính toán của mẫu, rad. 5.2.4. Ví dụ xác định môđun trượt khi xoắn trình bày trong phụ lục 1. 5.2.5. Môđun trượt khi xoắn cũng có thể xác định theo tang góc nghiêng của phần đoạn thẳng trên đoạn biến dạng đàn hồi của biểu đồ sau: 1 mm chiều dài trên trục hoành tương ứng bảo đảm cho 1 góc trượt tương đối không lớn hơn 0,01% và 1 min chiều dài trên trục tung tương ứng bảo đảm cho một ứng suất tiếp không vượt quá 1MPa (0,102 KG/mm 2 ). 5.3. Xác định giới hạn tỉ lệ khi xoắn. 5.3.1. Tiến hành như điều 5.2.1. 5.3.2. Tăng lực tác dụng lên mẫu theo từng cấp một, lúc đầu tăng theo cấp lực lớn, sau tăng theo cấp lực bé. Sau mỗi cấp lực ghi giá trị của góc xoắn. Khi tăng cấp lực lớn, giá trị cuối cùng phải chọn sao cho ứng suất tiếp tương ứng gần bằng 30% giới hạn tỉ lệ dự tính. Cấp lực nhỏ phải chọn sao cho đến khi ứng suất trong mẫu đạt đến giới hạn tỉ lệ thì ít nhất đã tiến hành tăng được 5 cấp lực nhỏ. Khi tăng một cấp lực nhỏ thì ứng suất tiếp tương ứng không được tăng quá 10 MPa (1,02 KG/mm 2 ). 5.3.3. Chỉ ngừng thử khi góc xoắn tương ứng của cấp lực nhỏ nào đó tăng ít nhất là 2 lần so với góc xoắn trung bình trên một cấp lực đó trong giai đoạn biến dạng đàn hồi tuyến tính. 5.3.4. Trong giai đoạn biến dạng đàn hồi tuyến tính của mẫu, xác định số gia góc xoắn trung bình trên một cấp lực nhỏ; tăng trị số trên được lên 50%. Dựa vào bảng ghi kết quả thử tìm M tl tương ứng với đại lượng vừa tìm được. Nếu số gia góc xoắn không trùng với số gia góc xoắn ghi được trong bảng thì chọn gần đúng M tl tương ứng với số gia góc xoắn gần nhất (nhưng nhỏ hơn). Chú thích. Nếu cần tính chính xác hơn giá trị giới hạn tỉ lệ có thể sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính. 5.3.5. Giới hạn tỉ lệ M tl có thể xác định theo biểu đồ biến dạng xem hình 1); nếu tỉ lệ xích của biểu đồ được chọn sao cho 1 mm chiều dài trên trục hoành tương ứng bảo đảm cho một góc trượt không vượt quá 0,05 %; 1 mm chiều dài trên trục tung tương ứng bảo đảm cho một giá trị ứng suất tiếp không vượt quá 5 MPa (0,51 KG/mm 2 ). 5.3.5.1. Để tìm M tl dựng đường thẳng O$ trùng với phân đoạn thẳng của biểu đồ. Qua O dựng trục OT. Sau đó dựng đường AB song song với trục hoành. Trên đường AB đặt KM = MK. Qua N và O vẽ đường ON. Dựng đường CD song song với ON và tiếp xúc với đường cong biến dạng. Tung độ của điểm tiếp xúc P cho M tl . 5.3.6. Giới hạn tỉ lệ khi xoắn T tl tính bằng MPa (KG/mm 2 ) theo công thức: Trong đó: W r - mômen chống xoắn, mm 3 . Chú thích. Đối với mẫu trụ tròn mômen chống xoắn tính theo công thức: Đối với mẫu trụ hình ống, đường kính ngoài cùng D đường kính trong là d: 5.3.7. Ví dụ: Xác định giới hạn tỉ lệ khi xoắn trình bày trong phụ lục 2. 5.4. Xác định giới hạn chảy khi xoắn. 5.4.1. Tiến hành các bước như 5.2.1 và 5.3.2. Biến dạng trước giới hạn tỉ lệ được xem là biến dạng đàn hồi, còn biến dạng sau giới hạn tỉ lệ là biến dạng dư. 5.4.2. Tính biến dạng trước tương đối g tl tính bằng phần trăm theo công thức. Trong đó: j tl - góc xoắn trên chiều dài tính toán của mẫu rad; D - đường kính phần làm việc của mẫu, mm; l - chiều dài tính toán của mẫu, mm. 5.4.3. Cộng thêm vào g tl , biến dạng trượt dư như giả thiết cho trước là 0,3%. Từ đó căn cứ vào g tl + 0,3% tìm góc xoắn tương ứng với giới hạn chảy. 5.4.4. Tiếp tục tăng tải sau giới hạn tỉ lệ cho tới khi góc xoắn đạt đến j ck - (góc xoắn tương ứng với đại lượng g tl + 0,3%). Giữ nguyên tải trọng tương ứng với j ch , xác định M ch . 5.4.5. Tải trọng M ch có thể xác định dựa vào biểu đồ biến dạng vẽ trên hình 2 nếu tỉ lệ xích của biểu đồ bảo đảm cứ ứng với 1 mm chiều dài trên trục hoành thì góc trượt tương đối không vượt quá 0,05% và mm chiều dài trên trục tung thì ứng suất tiếp không lớn hơn 5MPa (0,51 KG/mm 2 ). Hình 2 5.4.5.1. Để xác định M ch từ gốc tọa độ O đặt lên trục hoành một đoạn OE tương ứng với góc trượt tương đối dư g = 0,3%. Từ E dựng đường thẳng song song với OA cắt đường cong tại điểm (M). Tung độ của (M) sẽ cho M ch . 5.4.6. Giới hạn chảy khi xoắn T 0,3 tính bằng MPa (KG/mm 2 ) theo công thức: 5.4.7. Ví dụ: Xác định giới hạn chảy được trình bày trong phụ lục 3. 5.5. Xác định giới hạn bền qui ước khi xoắn. 5.5.1. Lắp đặt và cặp chặt mẫu vào ngàm cặp của máy thử. Sau có tăng tải cho đến khi mẫu bị phá hủy. Giữ lại tải trọng lúc mẫu bị phá hủy M c , đồng thời ghi góc xoắn cực đại trên đoạn chiều dài tính toán nghĩa là góc xoắn dùng để tính g max (xem 5.7) 5.5.2. Giới hạn bền qui ước khi xoắn T b tính bằng MPa (KG/mm 2 ) theo công thức: 5.6. Xác định giới hạn bền thực khi xoắn. 5.6.1. Cặp chặt mẫu vào ngàm cặp của máy thử và gia tải đến khi xuất hiện biến dạng dẻo. 5.6.2. Tăng tải từng cấp cho đến khi mẫu bị phá hỏng. Trong quá trình mẫu chịu tải tăng dần với vận tốc cho trước, giữ và ghi lại các cấp tải M 1 và các góc xoắn tương ứng j 1 . 5.6.3. Tính góc xoắn tương đối q 1 tính bằng rad/mm theo công thức: 5.6.4. Dựa vào các giá trị q 1 và M 1 dựng đoạn đường cong biểu diễn quan hệ q - M (có thể sử dụng biểu đồ (M - j ) được máy thử ghi lại trong quá trình thử). Bằng phương pháp đồ thị xác định đại lượng bằng tang của góc hợp bởi tiếp tuyến của đường cong với trục hoành tại điểm tương ứng với lúc mẫu đứt (có chú ý đến tỉ lệ xích của biểu đồ). Đơn vị của đại lượng này tính theo: 5.6.5. Giới hạn bền thực khi xoắn T p tính bằng MPa (KG/mm 2 ) theo công thức: Trong đó: - M b : mô men xoắn khi mẫu bị phá hỏng, KG. mm; - q ab : góc xoắn tương đối khi mẫu bị phá hỏng, rad/mm; - : là đại lượng xác định bằng phương pháp đồ thị theo 5.6.4. 5.7. Biến dạng trượt dư cực đại khi xoắn. 5.7.1. Nếu biến dạng trượt cực đại không lớn hơn 0,1 radian thì biến dạng trượt dư cực đại khi xoắn g max tính theo công thức. 5.7.2. Nếu biến dạng lớn, biến dạng trượt dư cực đại tính theo công thức: trong đó biến dạng trượt cực đại tính theo công thức: Còn biến dạng trượt đàn hồi tính theo công thức: Trong đó: T b - Giới hạn bền qui ước khi xoắn, MPa (KG/mm 2 ); G - môđun trượt của vật liệu này, MPa (KG/mm 2 ); 5.8. Các đặc trưng cơ học trong điều 1.1 có thể xác định trên cùng một mẫu, bằng cách tuần tự tiến hành các bước từ 4.2 đến 4.7. 5.9. Biên bản thử xoắn mẫu hình trụ trình bày trong phụ lục 4. PHỤ LỤC 1 VÍ DỤ XÁC ĐỊNH MÔĐUN TRƯỢT KHI XOẮN Vật liệu: thép các bon Kích thước của mẫu: D = 10 mm Mômen quán tính của mặt cắt ngang Momen chống xoắn mm 3 Chiều dài tính toán: l = 100 mm Trị số 1 vạch chia trên gương của tenxomet = 0,00025 rađian. Giới hạn tỉ lệ dự tính T tl = 250 MPa ứng suất ban đầu T o = 25 MPa tương ứng với mômen xoắn ban đầu: M o = 4905 N mm Tính tròn: M o = 5000 Nmm. Tải trọng tối đa ứng với 80% giới hạn tỉ lệ dự tính là: lấy tròn: M = 39000 Nmm. Để có 3 cấp tăng tải, trong khoảng trên của tải trọng chọn số gia của một cấp tải: lấy tròn: 11000 Nmm. Kết quả thử ghi trên bảng Tải trọng M, Nmm. Chỉ số vạch chia trên gương của tenxơmet Hiệu số tính toán 500 0 0 1600 55 53 2700 109 56 3800 165 56 Vậy một cấp tải cho số gia trung bình là 55 Vạch chia tương ứng với góc xoắn: D j = 55 . 0,00025 = 0,013175 rad Môđun trượt: PHỤ LỤC 2 VÍ DỤ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN TỈ LỆ KHI XOẮN Vật liệu kích thước của mẫu và ba cấp đặt tải lớn tiến hành như trong phụ lục 2. Tiếp theo đặt cấp lực nhỏ D M 2 = 200 Nmm. (tương ứng với số gia D T » 10 MPa) cho đến khi qui luật biến dạng tuyến tính bị lệch đi rõ rệt. Kết quả thử ghi trên bảng: Tải trọng - Nmm Số vạch trên gương tenxơmét Hiệu số tính toán 500 0 0 16500 53 53 27000 109 56 38000 165 56 40000 174 9 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 của vạch chia trên một cấp lực bé DD M 2 = 20 Nmm trong phần biến dạng đàn hồi tuyến tính được tính: Theo định nghĩa giới hạn tỉ lệ, giá trị DD 200 tăng đến 50% được tính: 1,5. D 200 = 15,5 vạch chia Dựa vào bảng ghi kết quả thí nghiệm tìm được giá trị gần nhất của M tl : M tl = 50 000 Nmm Giá trị đúng hơn của M tl có thể tìm gần đúng bằng 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 3 VÍ DỤ XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN CHẢY KHI XOẮN Thực hiện lần lượt các bước trong phụ lục 2 của bản tiêu chuẩn này 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 trên gương của tensơmet tương ứng với giới hạn tỉ lệ là: 232 + 11 = 243 vạch lúc đó góc xoắn: j tl = 243 - 0,00025 = 0,06 rad còn biến dạng trượt: Từ công thức và g = g tl + 0,3% = 0,6% ta có: j ch = 0,12 rad Số vạch chia ứng với góc xoắn j ch là: Tăng tải chậm đều bằng tay cho đến khi kim của tenxơmet chỉ dẫn 480 vạch lúc đó dùng lực và ghi được: M ch = 59.500 Nmm Giới hạn chảy T 0,3 ứng với M ch là: Phụ lục 4 Biên bản thử xoắn mẫu hình trụ Biên bản số ... Thử xoắn mẫu hình trụ ... trên máy .... Số hiệu Mác thép Số liệu mẻ luyện Nhãn hiệu Đường hình mẫu mm Chiều dài tính toán mm Mômen xoắn phá hỏng M b , Nmm Mô men chảy M ch , Nmm Mô men tỉ lệ M tl , Nmm Giới hạn bền qui ước T b , MPa (KG/mm 2 ) Giới hạn bền thực T p , MPa (KG/mm 2 ) Giới hạn bền chảy T 0,3 MPa (KG/mm 2 ) Giới hạn tỉ lệ T tl , MPa (KG/mm 2 ) Biến dạng trượt dư cực đại g max , rad. Môđun trượt G, MPa (KG/mm 2 ) Đặc trưng phá hủy Chú thích