Неограниченной долговечности

Наконец, замечено, что неограниченная растворимость наблюдается преимущественно у элементов, близко расположенных друг от друга в Периодической таблице Д. И. Менделеева, т. е. близких друг к другу по строению валентной оболочки атомов, по физической природе.

Вид диаграммы определяется характером взаимодействий, которые возникают между компонентами в жидком и твердом состояниях. Разбор наиболее типичных диаграмм состояния металлических систем приведен в следующих параграфах. Во всех случаях предполагают, что в жидком состоянии существует неограниченная растворимость, т. е. однородная (раза (в дальнейшем будет обозначаться буквой L) существует при любом соотношении компонентов.

Рис. 96. Диаграмма состояния (неограниченная растворимость в твердом состоянии)

Неограниченная растворимость возможна, если при любой концентрации растворяемого компонента происходит замещение атомов основного компонента-растворителя. Это может быть, если оба компонента имеют идентичную кристаллическую структуру, т. е. являются изоморфными, а также когда атомные размеры незначительно отличны или же компоненты близки по электронному строению валентных оболочек.

а) неограниченная растворимость легирующей добавки в a-Ti (Zr и Ш);

Упорядоченный твердый раствор образуется при понижении свободной энергии системы, сопровождающимся более сильным сближением атомов разнородных компонентов, чем однородных атомов, т.е. [/лв<Зх/2 (UAA + + UBB), где UAB — энергия" взаимодействия двух сортов атомов (А и В); UAA и UBB — энергии взаимодействия двух одноименных атомов. Если это условие удовлетворяется, то атомы одного компонента будут стремиться иметь своими соседями атомы другого компонента, т. е. происходит процесс упорядочения. Решетка неупорядоченного раствора в системе Си—Аи (неограниченная растворимость) показана на рис. 68, а, а после упорядочения — на рис. 68, б и б.

а) неограниченная растворимость легирующей добавки в а-титане (цирконий и, вероятно, гафний).

Палладий—золото. В системе Pd—Аи наблюдается неограниченная растворимость компонентов друг в друге (фиг. 34). Все сплавы системы Pd—Аи пластичны и легко обрабатываются. Сплавы, богатые Pd, при нагревании покрываются цветами побежалости. Сплавы, содержащие более 20% Аи, не растворяются в азотной кислоте. Высокая температура плавления и коррозионная стойкость позволяют применять эти сплавы для химической посуды. Сплав 60% Аи и 40% Pd в паре со сплавом 90% Pt и 10% Rli применяется для чувствительных термопар и пригодных для измерения температуры до 1200°С с очень высокой термоэлектродвижущей силой. Различные сплавы палладия с золотом применяются для электрических контактов. Малая разница между точками солидуса и ликвидуса позволяет применять эти сплавы для плавких предохранителей.

теля. Приближенно полагают, что при малой растворимости периоды решетки изменяются пропорционально концентрации твердого раствора. Неограниченная растворимость наблюдается преимущественно у элементов, близко расположенных друг от друга в периодической таблице Менделеева.

В изученных пределах (0—6,7% С) наблюдается неограниченная растворимость углерода в железе в жидком состоянии (рис. 1). В твердом состоянии растворимость углерода ограничена и существенно зависит от того, в какой кристаллической форме существует железо. Соответственно трем полиморфным модификациям железа различают три твердых раствора углерода в железе: а-раствор (а-феррит), 7-раствор (аустенит) и б-раствор (б-феррит). Все они являются растворами типа внедрения. Растворимость углерода в твердом железе небольшая: до 2% в аусте-ните, до 0,1% в 6-феррите и до 0,02% в а-феррите.

а)неограниченная растворимость легирующей добавки в а-титане (цирконий и, вероятно, гафний).

При известном значении aJhB запас прочности находится обычным методом. Если окажется, что аэкв > атах, то принимают аэкв = атах, так как вал в этом случае работает в зоне неограниченной долговечности (в зоне горизонтального участка кривой усталости).

В области неограниченной долговечности^ // развития трещин от геометрических дефектов ниже уровня Г не происходит. Размеры нераспространяющихся трещин, возникших от включений, не могут быть больше, чем уровень 2', а размеры трещин, образовавшихся на гладкой поверхности, не могут превысить размер зерна 3'. При размере дефекта меньше уров-.ня 4' не образуется даже зародышей трещин.

где 0а — амплитуда цикла напряжений, соответствующая долговечности ./V; 0а — амплитуда цикла напряжений, соответствующая неограниченной долговечности (N = со); А — параметр.

Как видно из приведенных графиков, экспериментальные точки, нанесенные в указанных координатах, вполне удовлетворительно ложатся на прямую (2). Для гладких и надрезанных образцов с полированной поверхностью прямая отсекает на оси координат (при х = = 0) отрезок, соответствующий величине предела неограниченной выносливости. Для натурных элементов конструкций, окончательной операцией для которых было шлифование с последующим анодированием, предельная амплитуда, соответствующая неограниченной долговечности, оказывается близкой к нулю (см. рис. 3).

ствующая неограниченной долговечности, оказывается близкой к нулю

Здесь имеется область А квазистатического разрушения, область Б усталостного разрушения и область С неограниченной долговечности. В ряде случаев во всем диапазоне числа циклов Л^ расчеты могут быть выполнены достаточно-точно: на участке PR (рис. 14.1.1,6) либо по условию нестабильного разрушения, либо по условию наступления текучести; на участке RF — по условию ограниченной долговечности, а на участке правее F — по условию неразрушимости в течение любого числа JV. Если данных для проведения расчетов оказывается недостаточно, то можно в запас прочности уменьшить область RF, переместив точку F в точку Q при N = 10s.

1. Какие из описанных методов усталостных испытаний вы рекомендовали бы использовать для построения семейства кривых усталости равной вероятности разрушения для стали в диапазоне от 10* циклов до неограниченной долговечности? Кратко поясните существо этих методов.

(b) Оцените стандартное отклонение напряжений при неограниченной долговечности по результатам испытаний методом «вверх — вниз».

Для многочисленных приложений уже более не приемлем расчет при неограниченной [долговечности путем введения соответствующих теоретических коэффициентов к пределу .выносливости гладких образцов. Это могло бы привести к неоправданному завышению размеров сечений, особенно для деталей, выполненных из алюминиевых сплавов, которые работают при относительно малых числах циклов. Современная тенденция состоит в том, чтобы проводить расчеты при ограниченной долговечности, и это может быть достигнуто для тех случаев, когда средние и знакопеременные нагрузки прикладываются согласно описанному ниже общему расчетному методу. Этот метод базируется на объяснении характеристик образцов с концентрацией напряжений исходя из характеристик гладких образцов путем введения соответствующих эффективных коэффициентов концентрации. Сводка прилагаемых формул приведена в разд. 7.11, а примеры их применения даны в разд. 7.9.

Горизонтальный участок кривой усталости, соответствующий неограниченной долговечности, имеет место, как уже отмечалось, у сталей малой и средней прочности, титановых сплавов при испы-

Формула (5.63) получена в предположении, что кривые усталости как по нормальным, так и по касательным напряжениям имеют горизонтальные участки, соответствующие неограниченной долговечности, что можно принять для конструкционных сталей с сгв < 150 кгс/мм2 при работе на воздухе при нормальной температуре. В других случаях кривые усталости можно аппроксимировать двумя наклонными линиями в двойных логарифмических координатах для нормальных и касательных напряжений: