TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 8186:2009 (ISO 1143 : 1975) VỀ KIM LOẠI – THỬ MỎI UỐN THANH QUAY

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8186: 2009

ISO 1143 : 1975

KIM LOẠI – THỬ MỎI UỐN THANH QUAY

Metals – Rotating bar bending fatigue testing

Lời nói đầu

TCVN 8186 : 2009 hoàn toàn tương đương với ISO 1143 : 1975.

TCVN 8186 : 2009 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 164 Thử cơ lý kim loại biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

KIM LOẠI – THỬ MỎI UỐN THANH QUAY

Metals – Rotating bar bending fatigue testing

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này qui định điều kiện thực hiện phép thử uốn mỏi thanh xoay đối với mẫu thử có đường kính danh nghĩa từ 5 mm (0,2 inch) đến 12,5 mm (0,5 inch) không tạo ra sự tập trung ứng suất. Phép thử được thực hiện ở nhiệt độ thường, trong không khí, mẫu thử xoay được.

Kết quả của thử mỏi có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện khí quyển và do đó điều kiện này phải theo 2.1 của ISO 554: 1976.

2. Lĩnh vực áp dụng

Phép thử được thực hiện để xác định đặc tính mỏi như biểu đồ đường cong S/N được mô tả trong ISO/R 373.

3. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu dưới đây là rất cần thiết đối với việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu có ghi năm công bố, áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu không ghi năm công bố, áp dụng phiên bản mới nhất (bao gồm cả các sửa đổi).

ISO/R 373, General principles for fatigue testing of metals, (Nguyên lý chung cho thử mỏi kim loại).

ISO 554: 1976, Standard atmospheres for conditioning and/or testing – Standard reference atmosphere – Specifications, (Môi trường chuẩn cho thuần hoá và/hoặc thử nghiệm – Môi trường dẫn suất chuẩn – Đặc tính kỹ thuật).

4. Nguyên lý thử

Thông thường sử dụng các mẫu thử giống nhau, các mẫu thử này xoay được và chịu mômen uốn. Lực gây ra mômen uốn không được xoay. Mẫu thử có thể được lắp đặt như một côngxon với một hoặc hai điểm chịu tải, hoặc như một dầm với bốn điểm chịu tải. Phép thử được tiếp tục cho đến khi mẫu thử bị phá hủy hoặc đến khi vượt quá số chu trình ứng suất được xác định trước. (xem Điều 11).

CHÚ THÍCH: Định nghĩa về phá hủy, xem trong ISO/R 373.

5. Ký hiệu và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các ký hiệu và định nghĩa sau:

Các ký hiệu và định nghĩa khác liên quan đến thử mỏi được đưa ra trong ISO/R 373.

6. Hình dạng và kích thước mẫu thử

6.1. Hình dạng phần thử

Phần thử có thể là:

a) hình trụ, với các góc lượn chuyển tiếp tiếp tuyến tại một hoặc cả hai đầu (xem các Hình 1, 4 và 5);

b) hình côn (xem Hình 2);

c) hình xuyến (xem các Hình 3, 6 và 7).

Trong tất cả các trường hợp phần thử phải có mặt cắt ngang hình tròn.

Dạng phần thử có thể phụ thuộc vào loại tải trọng được sử dụng. Mẫu thử có dạng hình trụ hoặc hình xuyến có thể được đặt tải giống như dầm, hoặc giống như côngxon với một hoặc hai điểm đặt tải, mẫu thử có dạng hình côn chỉ được dùng giống như côngxon với một điểm đặt tải. Các hình từ Hình 1 đến Hình 7 chỉ ra dưới dạng biểu đồ, mômen uốn và biểu đồ ứng suất danh nghĩa đối với các trường hợp thực tiễn khác nhau.

Thể tích phần vật liệu chịu tác dụng ứng suất cao không giống nhau đối với các dạng khác nhau của mẫu thử, và chúng không nhất thiết phải cho kết quả đồng nhất. Ưu tiên sử dụng phép thử mà phần thể tích vật liệu lớn nhất chịu ứng suất cao.

Thực tế chỉ ra rằng, đối với mẫu thử có ren của một loại vật liệu nào đó, tỉ lệ giữa diện tích mặt cắt ngang của phần thử với phần có ren thấp nhất nên là 3: 1.

CHÚ THÍCH: Trong phép thử trên vật liệu nào đó có sự kết hợp của ứng suất cao và tốc độ cao có thể gây ra sự quá nhiệt của mẫu thử. Có thể giảm ảnh hưởng này bằng thử một thể tích vật liệu nhỏ hơn tới ứng suất quy định trước. Nếu mẫu thử được làm mát, môi chất không được phản ứng với vật liệu của mẫu thử.

6.2. Đường kính của mẫu thử

Tất cả các mẫu thử được dùng để xác định mỏi phải có cùng đường kính danh nghĩa, (d ± 0,05) mm ((d ± 0,002) inch).

Giá trị đường kính danh nghĩa, d, phải từ 5 mm (0,2 inch) đến 12,5 mm (0,5 inch). Các giá trị nên sử dụng của d là 6 mm (0,25 inch); 7,5 mm (0,3 inch) và 9,5 mm (0,375 inch).

Mục đích của tính toán tải trọng đặt vào là để đạt được ứng suất yêu cầu, đường kính thực nhỏ nhất của mẫu thử phải được đo tới độ chính xác 0,01 mm (0,0005 inch). Thực hiện cẩn thận trong khi đo mẫu thử trước khi thử để đảm bảo bề mặt không bị hỏng.

Trên mẫu thử hình trụ chịu mômen uốn không đổi (xem Hình 4 và Hình 5) phần thử song song phải có độ song song là 0,025 mm (0,001 inch). Đối với dạng khác của mẫu thử hình trụ (xem Hình 1) phần thử song song phải có độ song song là 0,05 mm (0,002 inch). Góc lượn chuyển tiếp ở các đầu của phần thử phải có bán kính không nhỏ hơn 3d. Đối với mẫu thử hình xuyến, phần được tạo hình bởi bán kính cong liên tục phải có bán kính không nhỏ hơn 5d.

7. Chuẩn bị mẫu thử

7.1. Phương pháp gia công

Điều cần thiết là phải đảm bảo rằng bất kỳ nguyên công gia công hoặc cắt gọt nào được yêu cầu, cắt thô mẫu thử từ phôi hoặc gia công nó bằng máy đạt kích thước mà không làm thay đổi cấu trúc luyện kim hoặc đặc tính của mẫu thử. Tất cả các nguyên công gia công cắt gọt phải sao cho giảm đến mức thấp nhất sự biến cứng bề mặt của mẫu thử. Có thể sử dụng gia công bằng mài đặc biệt là trong gia công hoàn thiện đạt tới kích thước mẫu thử của hợp kim cứng, nhưng phải bảo đảm cung cấp chất làm mát thích hợp để tránh sinh nhiệt quá mức ở bề mặt. (Xem 4.2 của ISO/R 373).

Toàn bộ qui trình gia công hoặc qui trình mài, độ sắc và sự chỉnh đặt dụng cụ cắt, tình trạng của đá mài và máy mài, tốc độ cắt và lượng chạy dao phải thích hợp với thực tế của nhà xưởng đối với vật liệu tương xứng với các yêu cầu của 7.2, 7.3 và 7.4.

7.2. Gia công tiện

Nên tuân theo các qui trình sau:

7.2.1. Tiện thô mẫu thử từ đường kính (x + 5) mm ((x + 0,2) inch) (x tổng quát là đường kính, d, cộng với một lượng dư thích hợp để gia công tinh bề mặt) đến (x + 0,5) mm ((x + 0,02) inch), phải giảm chiều sâu cắt liên tiếp, các chiều sâu cắt nên là:

1,25 mm (0,05 inch)

0,75 mm (0,03 inch)

0,25 mm (0,01 inch)

7.2.2. Để gia công từ đường kính (x + 0,5) mm ((x + 0,02) inch) đến x phải thực hiện giảm chiều sâu cắt liên tiếp thêm nữa, các chiều sâu cắt này nên là:

0,125 mm (0,005 inch)

0,075 mm (0,003 inch)

0,05 mm (0,002 inch)

Đối với các chế độ cắt gọt tinh này, lượng chạy dao không được vượt quá 0,06 mm (0,0025 inch) trên mỗi vòng quay.

7.3. Gia công mài

Đối với mẫu thử làm bằng vật liệu không tiện được dễ dàng, nên gia công tinh bằng mài. Ở đó đặc tính độ bền của vật liệu cần được tăng lên bằng nhiệt luyện, sự nhiệt luyện này có thể được thực hiện sau khi tiện thô tới đường kính (x + 0,5) mm ((x + 0,02) inch).

Sau đó mẫu thử phải được mài để đạt được kích thước. Phải thực hiện giảm chiều sâu cắt liên tiếp, các giá trị nên dùng là:

– chiều sâu cắt là 0,030 mm (0,0012 inch) cho đến khi lớn hơn kích thước 0,1 mm (0,004 inch);

– chiều sâu cắt là 0,005 mm (0,0002 inch) cho đến khi lớn hơn kích thước 0,025 mm (0,001 inch);

– chiều sâu cắt là 0,0025 mm (0,0001 inch) cho đến khi đạt được kích thước.

7.4. Gia công hoàn thiện bề mặt

Sau khi mẫu thử được gia công hoặc được mài đạt tới đường kính x, mẫu thử phải được đánh bóng bằng tay hoặc bằng máy, bằng việc sử dụng lần lượt các giấy ráp hoặc vải ráp hạt mịn. Đánh bóng phải được thực hiện theo phương dọc trục, mặc dù các giai đoạn trung gian có thể làm theo phương bất kỳ nhằm đảm bảo loại bỏ vết xước theo phương dọc trục do giấy ráp hoặc vải giáp hạt thô gây ra.

Trình tự mài được sử dụng phải sao cho phần thử hoàn thiện có nhám bề mặt tối thiểu là 0,025 µm (trung bình theo đường tâm). Điều này sẽ thỏa mãn khi bố trí trình tự đánh bóng sao cho giấy đánh bóng lần cuối được sử dụng là giấy cacbit silic không thấm nước cỡ hạt 600.

7.5. Bảo quản trước khi thử

Nếu có khoảng thời gian giữa sự chuẩn bị cuối đến khi thử mẫu thử, thì mẫu thử phải được kiểm tra bằng biện pháp thích hợp để đảm bảo không có hư hỏng bề mặt trong thời gian bảo quản. Nếu có bất kỳ sự hư hỏng nào thì mẫu thử phải được đánh bóng lại để loại bỏ hết khuyết tật bề mặt, ví dụ như các lỗ gỉ do ăn mòn.

CHÚ THÍCH: Các qui trình đưa ra trong 7.2, 7.3 và 7.4 trình bày qui trình kỹ thuật chuẩn cho một phạm vi rộng các vật liệu. Điều đó không được suy ra rằng các qui trình này hoàn toàn có thể áp dụng đối với tất cả các vật liệu và tất cả các điều kiện nhiệt luyện các vật liệu này. Ví dụ, với lượng dư 0,5 mm (0,02 inch) trên đường kính x, cho nhiệt luyện trước khi mài lần cuối để đạt được kích thước có thể không thích hợp. Mục đích của lượng dư này để cho phép loại bỏ hiện tượng bề mặt kết hợp với quá trình nhiệt luyện, ví dụ như sự thoát các bon, sự biến dạng,…; Lượng dư sử dụng trong thực tế phải đủ để loại bỏ hoàn toàn các đặc tính liên kết với các hiệu ứng như vậy.

Một vài sự khảo sát mỏi có thể được đảm trách để nghiên cứu tính năng của vật liệu với sự gia công hoàn thiện bề mặt riêng (ví dụ như gia công thô, gia công tinh hoặc trong điều kiện “như đã chấp nhận”) trong trường hợp đó cần áp dụng các điều kiện riêng.

8. Lắp đặt mẫu thử

Mẫu thử phải được lắp trên máy thử theo cách sao cho ứng suất ở phần thử khác với phần không đặt tải trọng.

Nếu giá đỡ truyền tải trọng được kẹp chặt vào mẫu thử bằng ống kẹp sẻ rãnh, trong một số trường hợp có thể các ống kẹp này được định vị và làm kín hoàn toàn trước khi mẫu thử được lắp vào máy thử, để ngăn cản truyền biến dạng xoắn ban đầu. Có thể sử dụng một qui trình kỹ thuật tương tự nếu phương pháp kẹp chặt được thực hiện bằng lắp ghép có độ dôi.

Để tránh rung trong khi thử, độ đồng trục của mẫu thử và trục dẫn động của máy thử phải được duy trì trong giới hạn hẹp. Dung sai cho phép là ±0,025 mm (±0,001 inch) ở đầu kẹp và ±0,013 mm (± 0,0005 inch) ở đầu tự do – nếu có một kiểu máy thử đặt tải ở một điểm và một số kiểu máy thử đặt tải ở hai điểm. Đối với các kiểu máy thử uốn mỏi thanh xoay khác, dung sai độ lệch trục được đo tại hai vị trí dọc theo phần thử thực là ±0,013 mm (±0,0005 inch). Mức độ yêu cầu về độ đồng trục phải được xác định trước khi đặt tải.

CHÚ THÍCH: Các kiến nghị của nhà sản xuất máy thử phải được kèm theo khi lắp đặt mẫu thử vào máy thử.

9. Tốc độ thử

Các phép thử nên thực hiện trong phạm vi tốc độ từ 1000 vòng/phút đến 9000 vòng/phút. Phải tránh tốc độ gây ra sự xoay của mẫu thử.

10. Đặt tải

Qui trình chung để đạt được điều kiện vận hành toàn tải phải như nhau đối với từng mẫu thử. Máy thử phải được mở và đạt được tốc độ yêu cầu trước khi bắt đầu đặt tải. Khi đó tải phải được gia tăng hoặc tăng liên tục cho đến khi đạt được giá trị yêu cầu mà không gây ra giật cục và càng nhanh càng lốt. Có thể thực hiện các điều chỉnh nhỏ tốc độ vận hành nếu có yêu cầu về tần số riêng.

Độ chính xác của mômen uốn được đặt vào phải là 1 %.

11. Độ bền mỏi

Số chu trình được xác định trước tại đó phép thử được ngừng lại thường phụ thuộc vào vật liệu được thử. Biểu đồ đường cong S/N cho một số loại vật liệu chỉ ra sự thay đổi rõ rệt ở độ dốc trong số chu trình đã cho đến mức phần cuối của đường cong song song với trục nằm ngang. Với các vật liệu khác dạng đường cong S/N có thể là đường cong liên tục có đường tiệm cận là trục nằm ngang. Khi các đường cong S/N của loại thứ nhất là các đường cong theo kinh nghiệm thì nên sử dụng là 10⁷ chu trình, và của loại thứ hai là 10⁸ chu trình.

12. Báo cáo thử nghiệm

Trong bản báo cáo dữ liệu mỏi, điều kiện thử phải được xác định rõ ràng và báo cáo thử phải bao gồm các chi tiết sau:

12.1. Vật liệu thử và đặc tính luyện kim của nó. Ngoài tiêu chuẩn quốc gia, tiêu chuẩn quốc tế thích hợp thường được tham khảo đối với vật liệu được chế tạo.

12.2. Phương pháp tạo ứng suất và loại máy thử sử dụng. Khi sự hiệu chuẩn máy thử không tuân theo phần thích hợp của tiêu chuẩn này, thì phải chỉ ra phương pháp sử dụng.

12.3. Loại, kích thước và trạng thái bề mặt của mẫu thử và các vị trí đặt tải.

12.4. Tần số của chu trình ứng suất.

12.5. Nhiệt độ của mẫu thử, khi có thể thực hiện được, nếu nhiệt độ này cao hơn đáng kể so với nhiệt độ của môi trường thử.

12.6. Độ ẩm tương đối nếu nó nằm ngoài khoảng từ 50 % đến 70 %. Độ ẩm tương đối phải được đo hằng ngày trong suốt thời gian thử.

12.7. Dấu hiệu kết thúc thử nghiệm, nghĩa là khoảng thời gian thử nghiệm (ví dụ 2×10⁶ chu trình), hoặc sự phá hủy hoàn toàn mẫu thử, hoặc một vài dấu hiệu khác (xem chú thích 1).

12.8. Mọi sai khác so với các điều kiện yêu cầu trong khi thử.

12.9. Xử lý nhiệt mẫu thử, nếu có.

CHÚ THÍCH 1: Trong phần lớn sự xác định mỏi, dấu hiệu phá hủy là sự xuất hiện của vết nứt mỏi nhìn thấy được hoặc là sự phá hủy hoàn toàn. Tuy nhiên có thể chấp nhận dấu hiệu áp dụng riêng khác, ví dụ biến dạng dẻo của mẫu thử hoặc tốc độ lan truyền vết nứt để xác định kết thúc thử nghiệm.

CHÚ THÍCH 2: Kết quả thử có thể được biểu diễn bằng biểu đồ. Các hình thức biểu diễn được minh họa trong ISO/R 373.