4.2 В настоящем стандарте используют следующие сокращения:
МДИ - метод динамического индентирования;
ДСЕ - детали и сборочные единицы.
5.1 МДИ заключается в ударном внедрении жесткого индентора с заданной кинетической энергией в испытуемый материал с одновременной регистрацией процесса внедрения. Результатом индентирования должен являться набор численных данных, позволяющих построить диаграмму вдавливания - зависимость контактного усилия P от глубины вдавливания индентора h. Типичная диаграмма ударного вдавливания индентора в испытуемый материал показана на рисунке 1.
![]() a - этап нагружения (контактное усилие растет); b - этап
разгрузки (уменьшения контактного усилия)
индентора в испытуемый материал
Численные данные диаграммы служат для расчета физико-механических характеристик.
5.2 В качестве индентора может использоваться жесткое тело различной геометрической формы (сферической, конической, пирамидальной, клиновидной). Схематическое представление поперечного сечения лунки при деформировании материала шаровым индентором показано на рисунке 2.
![]() a - индентор; b - поверхность пластического отпечатка
в лунке после снятия нагрузки; c - поверхность образца
при максимальной глубине вдавливания индентора
Рисунок 2 - Схематическое представление поперечного сечения
лунки при деформировании материала шаровым индентором
6.1 Требования к регистрации силовой диаграммы
6.1.1 Испытательное оборудование должно обеспечивать нанесение свободного удара индентором по испытуемой поверхности контролируемого изделия и измерение мгновенных значений контактного усилия, глубины вдавливания и скорости перемещения индентора на этапе нагружения материала и этапе разгрузки в соответствии с рисунком 1.
6.1.2 Возможные схемы испытательного устройства (ударного преобразователя) показаны на рисунке 3. Такие устройства могут осуществлять принудительный разгон индентора посредством пружины (рисунок 3 а) или индентор может разгоняться посредством силы тяжести (например, посредством рычажной системы, как показано на рисунке 3 б). Допускается применение любых иных устройств, обеспечивающих выполнение требований 6.1.1.
![]() ![]() 1 - разгонная пружина; 2 - индентор; 3 - устройство
регистрации параметров движения индентора во времени
(скорости, контактного усилия, глубины внедрения);
4 - контролируемый образец; 5 - устройство обработки данных
и визуализации информации о физико-механических свойствах
объекта контроля; 6 - ось вращения; 7 - жесткий рычаг
(ударного преобразователя)
6.1.3 Численные данные, регистрируемые с помощью подобных устройств, должны представлять собой набор дискретных значений контактного усилия, глубины вдавливания и скорости перемещения индентора с привязкой ко времени. Выборка значений должна осуществляться через временной интервал, не больший, чем 0,01tуд.
6.1.4 Минимальное значение кинетической энергии удара должно выбираться из условия обеспечения максимальной глубины вдавливания в испытуемый материал не менее 6 мкм.
6.1.5 Для проверки работоспособности испытательного оборудования должны использоваться рабочие меры с известными значениями физико-механических характеристик согласно 6.3 или стандартные образцы по ГОСТ 8.315.
6.2 Требования к индентору
6.2.1 Материал индентора должен выбираться таким образом, чтобы его твердость как минимум в 1,7 - 2 раза превышала максимальную твердость контролируемого материала.
6.2.2 Предпочтительным материалом для изготовления индентора сферической, конической и клиновидной формы является карбид вольфрама марок ВК-6, ВК-8.
6.2.3 Инденторы с геометрической формой наконечника в виде пирамиды должны изготавливаться согласно требованиям на стандартные пирамиды для измерения твердости по Виккерсу согласно ГОСТ Р 8.695.
6.2.4 Наконечник индентора должен быть без сколов и выбоин, влияющих на результат измерения.
Рабочие, образцовые меры и стандартные образцы должны изготавливаться из материалов, не подверженных температурному, озонному, ультрафиолетовому и другим видам старения при условии их надлежащего хранения. Геометрические размеры мер и образцов должны составлять не менее 50 x 30 x 8 мм.
6.4 Требования к программному обеспечению
В программных средствах должна быть предусмотрена возможность пополнения банка данных оборудования (корреляционных зависимостей для расчета физико-механических свойств материалов и покрытий) путем внесения в него информации, полученной в ходе экспериментов и в результате обследования объекта контроля.
7.1 Состояние поверхности
7.1.1 Перед проведением измерений необходимо провести оценку шероховатости поверхности объекта контроля, которая является причиной возникновения дополнительной погрешности измерения глубины внедрения индентора, особенно при малых энергиях удара. С увеличением глубины внедрения влияние шероховатости на результаты определения характеристик материалов уменьшается.
7.1.2 Для получения надежных результатов измерений необходимо обеспечить выполнение соотношения:
h >= 20Ra, (1)
где Ra - среднеарифметическое значение неровностей поверхности по ГОСТ 2789.
7.1.3 Глубина внедрения индентора при использовании МДИ определяется твердостью материала, поэтому в первом приближении допустимое значение Ra при контроле материалов с различной твердостью выбирается исходя из графической зависимости, представленной на рисунке 4.
![]() Рисунок 4 - Графическая зависимость для определения
допустимого значения шероховатости исходя из предполагаемого
значения динамической твердости
7.1.4 Допустимое значение Ra определяется исходя из предполагаемого значения твердости контролируемого материала. При выборе допустимого значения Ra руководителем работ или лицом, непосредственно осуществляющим контроль, должен вводиться коэффициент запаса с учетом возможного отклонения предполагаемого и действительного значения твердости.
7.2 Требования к контролируемым покрытиям
7.2.1 Во избежание влияния свойств основания на измеряемые свойства покрытия, нанесенного на это основание, требуется выполнение условия: глубина вдавливания индентора hmax должна быть менее 0,1z.
7.2.2 Толщина покрытия должна быть известна перед проведением испытаний. Она может быть определена исходя из спецификации на изделие или путем непосредственного измерения.
7.2.3 Если условие hmax > 0,1z выполняется, требования к состоянию поверхности, проведению измерений и расчету физико-механических свойств покрытий являются аналогичными требованиям, предъявляемым при контроле основного материала ДСЕ.
8.1 Общие положения
8.1.1 Во время проведения измерений оборудование и испытуемые изделия не должны подвергаться вибрациям.
8.1.2 Поверхность испытуемых материалов и покрытий, а также индентор должны быть очищены от загрязнений.
8.1.3 Температура контролируемых изделий должна соответствовать температуре окружающей среды и должна отражаться в протоколе испытаний.
8.1.4 Направление испытательного удара должно быть строго перпендикулярно контролируемой поверхности. Это условие особенно важно соблюдать при контроле цилиндрических, вогнутых или выпуклых поверхностей. Допускается отклонение от вертикали в продольной плоскости (относительно корпуса преобразователя) не более +/- 3° и в поперечной плоскости - не более +/- 3°.
8.1.5 Расстояние от края образца до центра отпечатка (места внедрения индентора), а также расстояние между центрами двух соседних отпечатков должны быть не менее трех диаметров отпечатков.
8.1.6 Испытуемые изделия должны иметь сосредоточенную массу в месте удара не менее 1,5 кг.
8.1.7 Изделия, имеющие массу менее 1,5 кг, должны притираться к более массивным изделиям (массой не менее 1,5 кг) с помощью консистентной смазки (вазелина, солидола или другого высоковязкого смазочного состава) во избежание вибраций контролируемого объекта при проведении измерений.
8.1.8 Для изделий, имеющих небольшие размеры с целью попадания индентора в заданную точку контролируемого изделия, должна применяться специальная технологическая оснастка, позволяющая производить позиционирование измерительного устройства. Схема технологической оснастки для проведения контроля изделий, имеющих небольшие размеры, показана на рисунке 5.
![]() 1 - массивное основание; 2 - объект контроля; 3 - ударный
преобразователь; 4 - система позиционирования;
5 - устройство обработки данных и визуализации информации
о физико-механических свойствах объекта контроля
Рисунок 5 - Схема технологической оснастки для проведения
контроля изделий, имеющих небольшие размеры
8.1.9 При контроле ДСЕ, имеющих цилиндрический профиль поверхности, объект контроля надевают с натягом на приспособление в виде цилиндра, состоящего из двух (четырех) отдельных полуцилиндров (кулачков), имеющих возможность раздвигаться в направлении, перпендикулярном плоскости разреза. Примерная схема технологической оснастки для измерения свойств заготовок на их цилиндрической поверхности приведена на рисунке 6. Радиус кулачков должен быть близок к внутреннему радиусу контролируемого изделия. Цилиндрическая поверхность приспособления (кулачков) и внутренняя поверхность объекта контроля должны быть надежно прижаты. Контакт между ними должен происходить через слой консистентной смазки. Масса кулачков должна составлять не менее 3 кг.
![]() 1 - контролируемое изделие; 2 - фиксирующие кулачки;
3 - ударный преобразователь; 4 - механизм позиционирования;
5 - массивное основание
оснастки для измерения свойств заготовок
на их цилиндрической поверхности
8.1.10 Радиус кривизны выпуклых и вогнутых поверхностей испытуемых изделий должен быть более 40 мм.
8.2 Проведение испытания
8.2.1 Перед проведением измерений проводят тестовое измерение на рабочей мере или стандартном образце и устанавливают соответствие измеренных физико-механических характеристик и характеристик, присущих данной мере (стандартному образцу). При этом измеренные значения физико-механических характеристик с учетом погрешности должны соответствовать значениям, присущим данной рабочей мере (стандартному образцу). В противном случае оборудование должно пройти процедуру поверки.
8.2.2 При проведении измерений объект контроля помещают на жесткое основание и при необходимости (см. 8.1.7 и 8.1.9) притирают на массивном основании или столике. С помощью системы позиционирования или вручную перемещают ударный преобразователь в определенное положение для проведения измерений в соответствующей точке объекта контроля согласно 8.1.8. Ударный преобразователь должен быть при этом плотно прижат к объекту контроля. Объект контроля не должен иметь перекосов, а направление удара должно быть строго перпендикулярно объекту контроля (см. 8.1.4). Проводят измерение в соответствии с эксплуатационной документацией на измерительное оборудование. Измерения проводят в различных точках образца в количестве, достаточном для получения объективной информации о материале.
8.2.3 За результат испытаний рекомендуется брать среднее из пяти измерений, выполненных в локальной области контролируемого изделия.
Работа, затрачиваемая на пластическую деформацию контролируемого материала в результате испытательного удара, в общем виде описывается выражением:
С помощью зависимости P = f(h) (рисунок 1), полученной в результате испытательного удара, определяем динамическую твердость как отношение значения контактной силы, соответствующего максимальной глубине вдавливания, к площади поверхности отпечатка:
где
В уравнении (3) H имеет физический смысл максимального давления и соответствует формуле твердости Мейера.
Используя формулы (2) и (4), получают выражение для нахождения твердости испытуемого материала:
(5)или выражая через Vmax и Vmin:
(6)В случае индентора в форме четырехгранной пирамиды Виккерса используют следующие выражения:
(7) (8) (9)Окончательное выражение для расчета твердости исследуемого материала при его индентировании четырехгранной пирамидой Виккерса имеет вид:
(10)Приведенный модуль упругости, который является функцией испытуемого материала и материала индентора, при динамическом индентировании вычисляют по формуле
Динамический модуль упругости испытуемого материала EД вычисляют по формуле
(13)При выполнении условия 6.2.1 E2 много больше EД, поэтому можно считать, что
. Если испытуемым материалом является сталь, то В формулу (12) входит контактная жесткость S, которая равна тангенсу угла наклона прямой на диаграмме вдавливания (см. рисунок 1), соединяющей точку Ph max с точкой hr на оси абсцисс h:
(14)Для сферического наконечника индентора:
(15)Для четырехгранной пирамиды Виккерса:
(16)Величина площади проекции отпечатка Aпр в формуле (11) определяется по выражению:
- для сферического наконечника индентора:
- для индентора в форме четырехгранной пирамиды Виккерса:
Глубину контактного вдавливания в выражениях (17) и (18) вычисляют по формуле:
Глубину прогиба контура отпечатка hs вычисляют из выражения
Для сферического наконечника индентора и для четырехгранной пирамиды Виккерса коэффициент k равен соответственно 0,5 и 0,375.
Используя значения, полученные по формулам (19) и (20), рассчитывают площади проекции контактного отпечатка соответственно для сферического наконечника и для четырехгранной пирамиды Виккерса:
(21) (22)Динамический модуль упругости является аналогом модуля упругости исследуемого материала. Незначительное различие между модулями может быть вызвано наличием валика отпечатка или локальной вогнутостью вокруг индентора при деформировании.
Для установления корреляционных связей между параметрами диаграммы нагружения и физико-механическими свойствами используются регрессионные связи, полученные на основе эмпирических или теоретических моделей деформирования.
Для их получения проводят измерения на образцах с известными физико-механическими характеристиками и устанавливают вид регрессионной связи выбранного параметра диаграммы нагружения или параметра, полученного на основании расчетов, согласно принятым моделям, с контролируемой физико-механической характеристикой материала.
Регрессионные связи заносят в банк данных оборудования для последующего контроля непосредственно изделий.
10.1 Для вычисления физико-механических характеристик необходимо руководствоваться инструкцией по эксплуатации (паспортом) на измерительное оборудование. Расчет физико-механических характеристик может производиться вручную, на основании данных диаграммы вдавливания индентора (см. 9.1 - 9.3), или в автоматическом режиме с помощью программного обеспечения, поставляемого вместе с измерительным оборудованием.
10.2 Результаты контроля фиксируют в заключениях и журналах в соответствии с установленными на предприятии процедурами. Рекомендуемая форма протокола контроля физико-механических характеристик приведена в приложении А.
10.3 Сопоставляя результаты контроля с требованиями документации к качеству заготовки, делают заключение о пригодности ее для проведения последующих технологических операций или ее забраковании.
11.1 Оборудование для определения свойств материалов и покрытий МДИ, выпускаемое в обращение из производства и ремонта, подвергается первичной поверке. Оборудование, находящееся в эксплуатации и хранении, подвергается периодической поверке. Время между очередными поверками не должно превышать один год.
11.2 Применяется два вида поверки оборудования, реализующего МДИ: по физико-механическим характеристикам или по параметрам индентирования, измеряемым с помощью поверяемого оборудования.
Если поверяемое оборудование предназначено для измерения физико-механических характеристик с помощью установленных корреляционных зависимостей согласно требованиям 9.3, используются или создаются (при отсутствии) специальные меры (стандартные образцы).
При определении твердости в общепринятых стандартных единицах для проведения поверки используются меры твердости по ГОСТ 9031 (меры твердости по шкалам Роквелла, Супер-Роквелла и Бринелля), а также меры твердости по шкале Виккерса и Шора. Для проведения поверки оборудования по значениям модуля упругости применяются те же меры (стандартные образцы), что и при аттестации оборудования по твердости или специально созданные меры (стандартные образцы), аттестованные по значениям модуля упругости в установленном порядке с помощью независимого метода испытаний (например, с помощью ультразвукового метода контроля по ГОСТ 31244. Для мер (стандартных образцов) из материалов, модуль упругости которых не изменяется (или его изменение не превышает допустимую погрешность измерений), при аттестации мер и оборудования могут приниматься его значения согласно справочным данным.
Если для проведения поверки оборудования создаются и аттестуются специальные меры (стандартные образцы), к ним предъявляются требования согласно 6.3 и разделу 7.
Перечень основных операций, производимых при поверке, указан в 12.1.
При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки, приведенные в таблице 1.
Таблица 1
Операции и средства поверки
Допускается применять другие, вновь разработанные или находящиеся в применении средства поверки, прошедшие метрологическую аттестацию в органах государственной или в организации, аккредитованной на право проведения поверки.
12.2 Условия поверки и подготовка к поверке
При проведении поверки должны соблюдаться нормальные условия по ГОСТ 8.395. Оборудование должно быть достаточно удалено от источников электромагнитных полей.
Ряд значений физико-механических свойств мер (стандартных образцов) выбирают таким образом, чтобы получить для поверки прибора, реализующего метод динамического индентирования, не менее трех мер (стандартных образцов) для каждого диапазона (поддиапазона).
Номинальные значения мер (стандартных образцов) для поверки прибора должны соответствовать началу, середине и концу диапазона (поддиапазона).
На поверхности мер (стандартных образцов) не должно быть трещин, забоин, грубых царапин, отслаивания и других дефектов, влияющих на результат измерения. Наборы мер (стандартных образцов) должны быть поверены согласно [1].
Поверяемое оборудование, меры (стандартных образцов) и другие средства поверки должны быть подготовлены к работе согласно инструкции по их эксплуатации.
12.3 Проведение поверки
При проведении внешнего осмотра поверяемого оборудования должно быть установлено соответствие упаковки, комплектности и маркировки требованиям нормативно-технической документации.
Поверяемое оборудование не должно иметь следов коррозии и механических повреждений, влияющих на его работу. Перемещения подвижных частей должны осуществляться плавно без заеданий.
Оборудование, не удовлетворяющее указанным требованиям, дальнейшей поверке не подлежит.
При опробовании оборудования необходимо проверить общую работоспособность согласно эксплуатационной документации.
Для определения основной погрешности измерительного оборудования необходимо выбрать три меры (стандартных образца) с известными физико-механическими свойствами, значение которых соответствует началу, середине и концу диапазона (поддиапазона). На каждой мере (стандартном образце) проводят пять измерений поверяемым измерительным оборудованием. Результаты измерений физико-механической характеристики QNi заносятся в таблицу протокола, форма которого приведена в приложении Б.
Систематическую составляющую погрешности
где
(24)Случайную составляющую погрешности
где y - коэффициент Стьюдента. При доверительной вероятности 0,95 и числе наблюдений n = 5 коэффициент Стьюдента y = 2,78;
(26)Основную погрешность поверяемого оборудования
Основная погрешность не должна превышать значения предела допускаемой основной погрешности, указанного в документации на поверяемое оборудование с учетом для всех измеренных точек поверяемого диапазона (поддиапазона). В противном случае серию измерений для данного диапазона (поддиапазона) необходимо повторить. При повторном превышении допускаемой основной погрешности прибор бракуется.
Поверка по параметрам индентирования проводится, в случае если оборудование не предназначено для контроля конкретных физико-механических характеристик, а используется для регистрации диаграммы вдавливания и оцениваются расчетные физико-механические характеристики согласно 9.1 и 9.2. В этом случае должна оцениваться достоверность регистрации импульса силы и глубины внедрения при индентировании.
Поверка осуществляется по значениям глубины остаточного отпечатка (или максимального внедрения) и значению максимального контактного усилия, возникающего при контакте.
При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки, приведенные в таблице 2.
Таблица 2
Операции и средства поверки по параметрам индентирования
Допускается применять другие, вновь разработанные или находящиеся в применении средства поверки, прошедшие метрологическую аттестацию в органах государственной службы или в организации, аккредитованной на право проведения поверки.
13.2 Условия поверки и подготовка к поверке
При проведении поверки должны соблюдаться нормальные условия по ГОСТ 8.395. Оборудование должно быть достаточно удалено от источников электромагнитных полей.
Контрольные образцы материалов или рабочие меры выбирают, исходя из свойств материалов, которые предполагается в дальнейшем испытывать. Ряд значений физико-механических свойств контрольных образцов материалов или рабочих мер выбирают таким образом, чтобы получить для поверки оборудования, реализующего метод динамического индентирования, не менее трех образцов или рабочих мер для каждого диапазона (поддиапазона).
На поверхности образцов для поверки или мер не должно быть трещин, забоин, грубых царапин отслаивания и других дефектов, влияющих на результат измерения. Шероховатость поверхности должна соответствовать разделу 7, проведение измерений должно соответствовать разделу 8.
13.3 Проведение поверки
Для определения основной погрешности измерения глубины остаточного отпечатка или максимальной глубины вдавливания индентора используется устройство, позволяющее измерить глубину с ценой деления не более 0,01 от предполагаемой глубины (измеряемой с помощью поверяемого оборудования). Оценка глубины может производиться с помощью поверенных устройств, реализующих метод лазерной интерференции, индуктивный метод, емкостный метод либо любой другой метод измерения перемещения.
При наличии возможности демонтажа индентора (для измерения его геометрических параметров) допускается использовать расчетный способ оценки глубины остаточного отпечатка на основании измерений геометрических параметров отпечатка.
На выбранных ранее трех контрольных образцах материалов или рабочих мер производят измерение (испытательный удар) поверяемым измерительным оборудованием. На каждом образце или мере независимым образом замеряется глубина вдавливания (или глубина остаточного отпечатка). На каждом из образцов или каждой мере эта операция производится пять раз.
Для каждого образца или меры производится расчет систематической составляющей погрешности по формуле (23), где за номинальное значение принимается значение, измеренное независимым способом. Случайная составляющая погрешности определяется по формуле (25), основная погрешность - по формуле (27). В этих формулах вместо параметра Q подставляются соответствующие значения hmax и hf.
Результаты измерений глубины hNi с помощью поверяемого оборудования заносятся в таблицу протокола, форма которого приведена в приложении Б.
Основная погрешность не должна превышать значения предела допускаемой основной погрешности, указанного в документации на поверяемое оборудование с учетом для всех измерений, проведенных на контрольных образцах материалов или рабочих мерах.
Оценку погрешности измерения импульса силы при ударе проводят на основании общеизвестного физического уравнения:
(28)При отсутствии возможности демонтажа индентора при эксплуатации измерительного оборудования масса индентора m должна записываться в эксплуатационной документации. Значения Vmax принимаются по результатам измерений.
На выбранных ранее трех образцах материалов или мер проводят пять измерений (испытательный удар) поверяемым измерительным оборудованием. После каждого измерения производят расчет импульса силы и сравнивают его со значением, которое регистрируется установкой.
Для каждого образца или меры производится расчет систематической составляющей погрешности по формуле (23), где за номинальное значение принимается значение, полученное расчетом. Случайная составляющая погрешности определяется по формуле (25), основная погрешность - по формуле (27). В этих формулах вместо параметра Q подставляются соответствующие значения I.
Результаты измерений импульса силы с помощью поверяемого оборудования заносятся в таблицу протокола, форма которого приведена в приложении Б.
Основная погрешность не должна превышать значение предела допускаемой основной погрешности, указанное в документации на поверяемое оборудование, с учетом для всех измерений, проведенных на контрольных образцах материалов или рабочих мерах.
При положительных результатах поверки ставится клеймо о поверке в паспорте на оборудование или выписывается свидетельство о поверке установленного образца.
Оборудование, забракованное при поверке, к эксплуатации не допускается. В документах по оформлению результатов поверки делают записи о непригодности к эксплуатации.
(рекомендуемое)
СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ
Протокол контроля физико-механических свойств материалов
прибор типа ___________________________ заводской N _______________________
___________________________________________________________________________
(год изготовления, предприятие)
Условия проведения контроля:
температура _______________________________________________________________
влажность _________________________________________________________________
атмосферное давление ______________________________________________________
Контролируемый материал ___________________________________________________
Геометрические размеры объекта контроля ___________________________________
Результаты измерения физико-механических свойств
Соответствие требованиям конструкторской документации да/нет ______________
Возможные причины несоответствия __________________________________________
Оператор: ___________________________ Дата испытаний: ___________________
(рекомендуемое)
Протокол поверки
прибор типа _______________________________ заводской N ___________________
изготовленный _____________________________________________________________
(год изготовления, предприятие)
принадлежащий _____________________________________________________________
средства поверки __________________________________________________________
Условия проведения контроля:
температура _______________________________________________________________
влажность _________________________________________________________________
атмосферное давление ______________________________________________________
Полученная погрешность прибора ____________________________________________
Допускаемая погрешность прибора ___________________________________________
По результатам поверки прибор признается ___________________ к эксплуатации.
годным или негодным
Поверитель: _________________________ Дата поверки: _____________________
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/gost-r_gosudarstvennyj-standart/35/gost_22020.html
На правах рекламы:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||