ГОСТ 26365-84 Резина. Общие требования к методам усталостных испытаний

Назначение стандарта для усталостных испытаний резины

ГОСТ 26365-84 устанавливает общие требования к методам усталостных испытаний резины, предназначенным для определения усталостно-прочностных характеристик в условиях циклического нагружения. Стандарт применяют главным образом при исследовательских испытаниях для прогнозирования влияния усталостной прочности и усталостной выносливости на работу изделий.

Какие задачи решают по ГОСТ 26365-84

Документ задаёт единые требования к:

• выбору формы и количества образцов;
• аппаратуре для циклического нагружения;
• режимам испытаний при растяжении, сжатии, изгибе и кручении;
• испытаниям при повышенных температурах;
• испытаниям в инертной газовой среде;
• критериям разрушения;
• обработке результатов и построению кривых усталости.

Формы образцов в зависимости от вида деформации

Форма образцов определяется видом деформации, способом крепления в захватах машины и должна указываться в нормативно-технической документации на конкретный метод испытания резины или изделия.

Допускается применять образцы другой формы, если разрушение происходит в зоне с известными однородными деформациями и удалено от зажимов.

Подготовка образцов и требования к их изготовлению

Образцы изготовляют:

• вырубкой из вулканизованных пластин;
• вулканизацией в пресс-формах.

Общие требования к подготовке образцов — по ГОСТ 269-66. Внутренняя поверхность пресс-форм для вулканизации пластин и образцов должна иметь параметр шероховатости Ra не выше 0,63 мкм по ГОСТ 2.789-73.

Количество образцов зависит от цели испытания и разброса результатов. Для новых материалов и при разработке новых методов минимальное число образцов определяют по ГОСТ 269-66 с учётом заданной точности и вероятности.

Требования к испытательной аппаратуре

Аппаратура для усталостных испытаний должна обеспечивать:

• гармонический, импульсный и режим с постоянной скоростью деформирования;
• задание и измерение циклической деформации, напряжения, силы, энергии деформации, статических деформаций и напряжений;
• вынужденные нерезонансные колебания;
• диапазоны частот до 1 Гц и до 50 Гц;
• автоматическое определение количества циклов до разрушения образца.

Аппаратура должна быть устойчивой, а заданные параметры нагружения и частота циклов должны оставаться постоянными в течение испытания. Собственная частота колебаний установки должна превышать рабочую частоту нагружения не менее чем на порядок.

Дополнительные требования к оборудованию при специальных испытаниях

Испытания на растяжение

Машины для испытания на растяжение должны иметь устройства для выбора квазиостаточных деформаций, накапливаемых в процессе испытания.

Испытания при повышенных температурах

Для таких испытаний аппаратура должна быть снабжена термокамерой с автоматическим поддержанием заданной температуры. Допускаемая погрешность измерения температуры воздушной среды в рабочем объёме термокамеры:

• ± 1 °C — для температур от 55 до 100 °C;
• ± 2 °C — для температур от 101 до 150 °C.

Испытания массивных образцов

Если образцы разогреваются в процессе циклического нагружения выше комнатной температуры, должна быть предусмотрена система измерения температуры поверхности образца без его повреждения.

Испытания в инертной среде

Для работы в азоте или аргоне требуется герметичная термокамера, непрерывная подача инертного газа, а также измерение его расхода и содержания кислорода.

Основные параметры режима нагружения

Показатели режима выбирают в зависимости от цели исследования и указывают в нормативно-технической документации на резины и резиновые изделия.

Режимы циклического нагружения, предусмотренные стандартом

В обязательном приложении к стандарту приведены параметры и пояснения к основным режимам циклического нагружения. В их числе:

• амплитуда деформации цикла;
• амплитуда напряжения цикла;
• удельная энергия деформации цикла;
• статическая деформация при асимметричном цикле;
• статическое напряжение при асимметричном цикле;
• цикл;
• частота циклов;
• период цикла;
• симметричный цикл;
• асимметричный цикл;
• знакопеременный цикл знакопостоянной неустойчивости;
• равномерное двумерное растяжение;
• неравномерное двумерное растяжение;
• гармоническое нагружение;
• импульсное нагружение;
• нагружение с постоянной скоростью деформирования или возрастания напряжения.

Порядок проведения усталостных испытаний

Испытания должны проводиться без перерывов. Если перерывы неизбежны, образцы необходимо разгружать.

В помещении, где проводят испытания на усталость, не должно быть источников образования озона.

Частота циклов в пределах серии сравниваемых резин должна быть одинаковой. Все образцы одной серии испытывают на однотипных машинах.

Установка и закрепление образцов в захватах не должны вызывать дополнительных напряжений из-за несоосности образца и захватов.

Критерий разрушения и диапазон выносливости

Основным критерием разрушения считают полное разрушение образца, то есть разделение его на две части. Если в ходе утомления на поверхности возникают многочисленные трещины, которые сильно искажают заданное напряжённо-деформированное состояние, критерием разрушения может служить появление таких трещин. Их размеры и количество должны быть установлены в документации на конкретный материал.

Для характеристики усталостных свойств рекомендуется определять усталостную выносливость в диапазоне от 10² до 5 × 10⁶ циклов.

Построение кривой усталости

Для получения кривой усталости испытания проводят при нескольких значениях деформации, напряжения или энергии цикла. Количество задаваемых значений должно быть не менее четырёх.

В результате устанавливают зависимость между:

• деформацией и числом циклов до разрушения;
• напряжением и числом циклов до разрушения;
• энергией цикла и числом циклов до разрушения.

Такие зависимости допускается представлять графиками в двойных логарифмических координатах. При необходимости значения можно экстраполировать, но в области малых деформаций — не более чем на один-полтора десятичных порядка.

Особенности испытаний при одномерном растяжении

При циклическом одномерном растяжении необходимо выбирать квазиостаточные деформации, накапливаемые в процессе испытания, и определять фактические динамические деформации. Если машина не позволяет работать в режимах заданных напряжений и энергий, сначала получают кривые усталости при заданных деформациях, а затем перестраивают результаты через зависимости напряжения и энергии от деформации.

Для утомлённых, но не разрушившихся образцов допускается определять зависимость напряжения от деформации на разрывных машинах при скорости растяжения 500 или 1000 мм/мин.

Испытания образцов с искусственным дефектом

Стандарт допускает испытания образцов с заранее нанесённым дефектом — например, порезом или проколом. В таком случае определяют:

• зависимость усталостной выносливости от размера дефекта при различных деформациях;
• изменение размера дефекта от количества циклов нагружения.

Испытания при совместном действии статической и динамической деформации

Такие испытания проводят для резин, работающих в изделиях в сходном режиме. Поскольку зависимость усталостной выносливости от статической деформации при заданной динамической деформации обычно носит немонотонный характер, при испытании задают статическую деформацию, близкую к реализуемой в изделии.

Для более полной оценки получают зависимость усталостной выносливости от статической деформации и, при необходимости, используют расчёт по удельной энергии деформации.

Испытания при повышенных температурах

Если значения температуры не указаны в документации на конкретную резину или изделие, допускается выбирать температуры из ряда:

• 55 °C;
• 70 °C;
• 85 °C;
• 100 °C;
• 125 °C.

Образцы устанавливают в термокамеру после достижения заданной температуры и выдерживают определённое время без деформации. Для тонких образцов температуру принимают равной температуре воздуха в камере. Для разогревающихся образцов за температуру испытания принимают температуру поверхности образца.

Испытания в инертной газовой среде

Испытания в азоте или аргоне проводят для резин, работающих в условиях изоляции от кислорода воздуха, а также для оценки химических факторов усталости. Режимы деформации, частоты и типы образцов должны быть такими же, как при испытании на воздухе.

Образец должен непрерывно находиться в инертной среде, а испытание проводят без перерывов до разрушения.

Показатели, рекомендуемые для оценки усталостных свойств

Обработка результатов и представление данных

Усталостную выносливость для заданного параметра механического воздействия определяют по результатам испытаний ряда образцов. За среднее значение принимают среднее арифметическое, а если распределение не описывается законом Гаусса — среднее значение логарифмов.

Для характеристики логарифмических зависимостей определяют коэффициенты усталостной выносливости из уравнений, связывающих число циклов с деформацией, напряжением или удельной энергией цикла.

Что должно быть в протоколе испытаний

Протокол испытаний должен содержать:

• обозначение резины и условия вулканизации;
• форму и размеры образца;
• обозначение стандарта на метод испытания;
• тип машины;
• тип динамического движения;
• вид деформации;
• частоту циклов;
• температуру испытания;
• количество образцов;
• метод определения напряжения и энергии;
• при каждой деформации, напряжении или энергии — значение усталостной выносливости отдельного образца и среднее значение;
• другие показатели, характеризующие усталостные свойства резины;
• дату испытания.

Практические выводы из справочного приложения

Справочное приложение поясняет, что усталостная выносливость резины зависит не только от механического параметра нагружения, но и от частоты, температуры, состава резины, наличия наполнителей, противоутомителей и антиоксидантов, а также от химической стойкости эластомера.

При постоянной температуре изменение частоты в диапазоне от 0,1 до 50 Гц обычно не оказывает существенного влияния на усталостную выносливость при одинаковых фактических значениях деформации, напряжения и энергии. Однако при саморазогреве массивных образцов повышение частоты может снижать выносливость из-за роста температуры.

Нормативные документы, упомянутые в стандарте