Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN313:1985

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

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 T₀ 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/mm²) theo công thức:

Trong đó: I_d - mômen quán tính độc cực, mm⁴;

DM - cấp lực, Nmm (KC. mm)

L - Chiều dài tính toán, mm;

Dj - 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/mm²).

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/mm²).

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.

5.3.5.1. 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/mm²) theo công thức:

Trong đó: W_r - mômen chống xoắn, mm³.

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.

5.4.5.1. 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/mm²) 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/mm²) 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 M₁ và các góc xoắn tương ứng j₁.

5.6.3. Tính góc xoắn tương đối q₁ tính bằng rad/mm theo công thức:

5.6.4. Dựa vào các giá trị q₁ và M₁ 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/mm²) 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/mm²);

G - môđun trượt của vật liệu này, MPa (KG/mm²);

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  mm³

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

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 DM₂ = 200 Nmm.

(tương ứng với số gia DT » 10 MPa)

cho đến khi qui luật biến dạng tuyến tính bị lệch đi rõ rệt. Kết quả thử ghi trên bảng:

Số gia trung bình của vạch chia trên một cấp lực bé DDM₂ = 20 Nmm trong phần biến dạng đàn hồi tuyến tính được tính:

Theo định nghĩa giới hạn tỉ lệ, giá trị DD₂₀₀ tăng đến 50% được tính:

1,5.D₂₀₀ = 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: jch = 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 ....