Испытание на растяжение по ГОСТ 1497-2023: σв, σ0,2, δ и ψ — что определяют и как

Испытание на растяжение — приложение к образцу осевого растягивающего усилия с записью зависимости «усилие — удлинение» или «напряжение — деформация», по которой определяют характеристики механических свойств (ГОСТ 1497-2023, п. 7.1.1). Методы статических испытаний на растяжение чёрных и цветных металлов и изделий из них диаметром или толщиной от 3,0 мм устанавливает ГОСТ 1497-2023; температура испытания — от 10 до 35 °C (п. 1.1). Для проволоки, труб, тонких листов и лент толщиной до 3 мм применяют ГОСТ 10446, ГОСТ 10006 и ГОСТ 11701 соответственно (п. 1.2). ГОСТ 1497-2023 действует с 1 июля 2024 года и заменил ГОСТ 1497-84.

Что определяют при испытании на растяжение

Обозначения — по таблице А.1 приложения А. Там же приведено соответствие обозначениям ISO 6892-1:2019: временному сопротивлению σ_в соответствует R_m, условному пределу текучести σ_0,2 — R_p, относительному удлинению δ — A, сужению ψ — Z.

Кроме того, стандарт позволяет определить предел пропорциональности, условные пределы текучести с допуском на полную и на остаточную деформацию, полную и пластическую деформацию при максимальном усилии и полную деформацию при разрыве (п. 1.1). Что именно определять, указывает документация на металлопродукцию.

Предел текучести: физический или условный

Физический предел текучести определяют по диаграмме растяжения, масштаб которой по оси усилия — не более 10 Н/мм² на 1 мм. Если физического предела текучести на диаграмме нет, определяют условный предел текучести σ_0,2, если документация на продукцию не требует иного (ГОСТ 1497-2023, п. 7.4.1). Если в документации указан просто «предел текучести» без уточнения, определяют σ_0,2 (п. 7.4.2, примечание). Допуск может быть и другим — от 0,005 % до 1 %; его указывают индексом, например σ_0,3 (п. 3.19.3, примечания; п. 7.14.1).

Образцы для испытания

• Испытывают два образца, если документация на продукцию не задаёт другое количество (п. 4.2.1).
• Образцы — пропорциональные цилиндрические или плоские, диаметром или толщиной в рабочей части от 3,0 мм, с начальной расчётной длиной l₀ = 5,65√F₀ или l₀ = 11,3√F₀, где F₀ — начальная площадь сечения. Предпочтительнее короткие, 5,65√F₀; литые образцы и образцы из хрупких материалов допускается делать с l₀ = 2,82√F₀ (п. 4.2.2). Типы и размеры — в приложениях Б и В.
• У плоских образцов отношение ширины к толщине в рабочей части — не более 8:1 (п. 4.2.4).
• При механической обработке глубина резания на последнем проходе — не более 0,3 мм, на рабочей длине не должно быть поперечных рисок, видимых глазом (п. 4.1.2). Образцы маркируют вне рабочей длины (п. 4.2.8).

Заготовки вырезают с припуском на зону металла, свойства которого изменились от нагрева или наклёпа (п. 4.1.1).

Как проводят испытание

1. Замер сечения. Размеры измеряют с погрешностью не более ±0,5 % не менее чем в трёх местах — посередине и на границах рабочей длины; за начальную площадь сечения F₀ берут наименьшее из полученных значений (пп. 6.1.1–6.1.2).
2. Разметка. Начальную расчётную длину l₀ ограничивают кернами или рисками и измеряют с погрешностью не более 0,1 мм; для пересчёта удлинения метки рекомендуется наносить через каждые 5 или 10 мм (пп. 6.2.2–6.2.3).
3. Нагружение. Образец закрепляют соосно, чтобы усилие шло вдоль оси (п. 6.5). Скорость испытания задают одним из двух методов: А — по скорости деформации, Б — по скорости нагружения в упругой области; если документация на продукцию метод не указывает, выбирает лаборатория (п. 6.6.1). Разрывные и универсальные машины должны соответствовать ГОСТ 28840 и измерять усилие с погрешностью не более 1 % (п. 5.1). В каталоге — разрывные машины.
4. После разрыва. Части образца плотно складывают так, чтобы оси образовали прямую, и измеряют конечную расчётную длину l_к и минимальный диаметр в месте разрыва (пп. 7.6.1, 7.11.1). Если от места разрыва до ближайшей метки 1/3 начальной расчётной длины или меньше и удлинение не удовлетворяет требованиям, его пересчитывают с отнесением места разрыва к середине (п. 7.6.3).

Как рассчитывают σв, δ и ψ

• временное сопротивление σ_в = P_max / F₀, где P_max — максимальное усилие перед разрушением (пп. 7.5, 7.5.1, формула 15);
• относительное удлинение δ = (l_к − l₀) · 100 / l₀ (п. 7.6.5, формула 16);
• относительное сужение ψ = (F₀ − F_к) · 100 / F₀, где F_к — площадь сечения после разрыва (п. 7.11.2, формула 21).

Удлинение обязательно записывают с индексом расчётной длины: δ₅ — для l₀ = 5,65√F₀, δ₁₀ — для l₀ = 11,3√F₀. Если документация на продукцию длину не устанавливает, определяют δ₅ (п. 3.8.1, примечания).

Когда результат не учитывают

По п. 7.13 ГОСТ 1497-2023 результат не учитывают, если образец разорвался по кернам или рискам либо в месте контакта щупов экстензометра, в захватах или за пределами расчётной длины и при этом характеристики не отвечают требованиям документации на продукцию, а также если разрыв прошёл по дефекту металлургического производства и дал неудовлетворительный результат.

Где провести испытание на растяжение

Испытательная лаборатория SPECTR-LAB выполняет испытание на статическое растяжение цилиндрических и плоских образцов, в том числе образцов сварных соединений, и испытание на разрыв. В протоколе — временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение и сужение. Стоимость — от 2 690 ₽ за испытание, срок — 1–3 рабочих дня. Комплекс испытаний шва — в разделе «Механические испытания сварных соединений».

Читайте также: Ударная вязкость металла: KCU, KCV и KCT — что это и в чём разница, Твёрдость металла: методы Бринелля, Роквелла и Виккерса и как читать HB, HRC, HV и Испытание металла на изгиб по ГОСТ 14019-2003: способы, образцы, оценка.

Нормативные документы

• ГОСТ 1497-2023 «Металлы. Методы испытаний на растяжение» — введён в действие с 1 июля 2024 года взамен ГОСТ 1497-84
• ГОСТ 10446 «Проволока. Метод испытания на растяжение»
• ГОСТ 10006 «Трубы металлические. Метод испытания на растяжение»
• ГОСТ 11701 «Металлы. Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент»
• ГОСТ 28840 «Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования»