Напряжений усталостные

торов напряжений являются активными анодами; 2) механического — неравномерность напряжений приводит к электрохимической неоднородности, на дне концентраторов напряжений усиливается анодный процесс; растягивающие напряжения вызывают также распад метастабильных фаз в металле с образованием новых

зоне краевого эффекта еще больше затрудняется. При резко выраженной неоднородности напряженного состояния образование и развитие трещины в местах действия наибольших напряжений может предупредить только высокая способность к местной пластич. деформации в затрудненных условиях. В связи с этим такие свойства материала, как прочность надрезанного образца при совместном действии растяжения и изгиба (см. Чувствительность к надрезу) или сужение в основании острого надреза при испытании на растяжение, хотя и не могут быть использованы непосредственно при расчетах конструкции, тем не менее являются весьма важными показателями для предварительной оценки П. к. 3) Наличием часто довольно высоких «технологических» внутренних растягивающих напряжений, остающихся в конструкции после сварки, механич. и термич. обработки, после операций правки, гибки и др. Отрицательное действие этих напряжений усиливается иногда монтажными напряжениями, напр, в местах запрессовки деталей, в разъемных соединениях, стягиваемых болтами, и др. Остаточные напряжения являются источником упругой энергии даже при отсутствии внешних нагрузок в конструкции и тем самым способствуют развитию хрупкого разрушения. Кроме того, во мн. конструкциях они усиливают объемность и неоднородность напряженного состояния; благодаря этому пластич. деформация в местах наибольшей концентрации напряжений, приводящая к их перераспределению и выравниванию, затрудняется, что также благоприятствует хрупкому разрушению. 4) Специфическим состоянием поверхности деталей, связанным: а) с наличием существенно большего числа поверхностных дефектов (являющихся потенциальными очагами хрупкого разрушения), как в силу больших размеров поверхности деталей по сравнению с лабораторными образцами, так и благодаря тому, что в условиях производства часто довольно трудно предохранить деталь от многочисленных мелких повреждений поверхности. Поверхностные дефекты более опасны (по Гриффитсу в два раза), чем внутренние, и с этой точки зрения

Схемы на рис. 3.80, а и б — классические схемы метода сравнения, постоянных напряжений. У ручного компенсатора (рис. 3.80,а) уравновешивающее напряжение вырабатывается контуром, образованным из источника уравновешивающего напряжения ?// и прецизионных резисторов RI, #2 и RF • Уравновешивающее напряжение вводится встречно выходному напряжению датчика. Разность этих напряжений усиливается усилителем / (к которому не предъявляются высокие требования) и показывается нуль-индикатором 2. Изменением RF добиваются состояния минимальной разности напряжений (состояние компенсации, уравновешивания).

Измеряемый сигнал постоянного тока через делитель входного сирнала ВхД поступает на один из входов дифференциального усилителя УД, на второй вход которого поступает напряжение компенсации от обратного преобразователя ОП, жестко связанного с исполнительным двигателем ИД и регистрирующим устройством РУ. Разность измеряемого и компенсирующего напряжений усиливается усилителем мощности УМ и приводит во вращение исполнительный двигатель, который, передвигая движок обратного преобразователя, стремится уменьшить разностный сигнал на входе усилителя до величины, близкой к нулю. При этом каретка, связанная с движком обратного преобразователя, будет вычерчивать на диаграммной бумаге кривую, пропорциональную изменению измеряемого сигнала.

Л.И.Доможиров [72, с. 15—21] изучал влияние формы цикла и частоты нагружения на скорость роста трещины в стали 00X12НЗД в воздухе и воде и показал (рис. 62), что при низких значениях интенсивности напряжений Д/С = 14 МПа • м1/2 кривые зависимости скорости роста усталостной трещины от частоты нагружения в воздухе и воде почти параллельны. Это свидетельствует о том, что во всем исследованном частотном диапазоне вода несколько снижает скорость развития трещины, по-видимому, из-за образования пассивных пленок. При переходе от синусоидальной к прямоугольной форме цикла скорость роста трещины в воздухе и воде несколько уменьшилась, особенно при низких частотах нагружения. С увеличением интенсичности нагружения (АК = 28 МПа • м1/2 ) скорость роста трещены повы- . шается более чем на порядок, влияние воды на рост трещины в зависимости от частоты цикла неодинаковое. При низких частотах вода ускоряет рост трещены, а при высоких — замедляет по сравнению с испытанием g в воздухе. При высоких уров- §- w нях напряжений усиливается роль формы цикла нагружения. ^~

При наличии концентратора влияние остаточных напряжений усиливается.

Общий уровень остаточных термических напряжений зависит от предела текучести материала, его модуля упругости ?, коэффициента теплопроводности, формы изделия, температурного градиента и продолжительности (резкости) охлаждения. Действие термических напряжений усиливается при наличии резких изменений сечений изделия (выточки отверстия и пр.) и дефектов металла, концентрирующих тепловые напряжения.

нологические концентраторы напряжений. Роль напряжений усиливается при увеличении хрупкости материала и степени концентрации напряжений.

гурными сердечниками 12 поворачивается на некоторый угол. Это вызывает перераспределение индуктированного напряжения во вторичных обмотках катушек датчика (позиция L2 и L4 на Рис- 165). Разность напряжений усиливается и регистрируется гальванометром (соответственно позиции 2 к V на рис. 165). Форма сердечников 12 выбрана с расчетом дифференциального изменения индуктированного напряжения во вторичных обмотках катушек. Сердечник, поворачиваясь на некоторый угол, замыкает одну магнитную цепь и размыкает другую, что в пределах 270° обеспечивает плавное изменение магнитного сопротивления обоих магнитопроводов.

- механического: неравномерность напряжений приводит к электрохимической неоднородности, на дне концентраторов напряжений усиливается анодный процесс; растягивающие напряжения вызывают распад метастабильных фаз в

Разупрочнение поверхностного слоя. Наиболее часто разупрочнение происходит из-за обезуглероживания поверхности стальных деталей. Показано, что уже при толщине обезуглероженного слоя всего несколько десятков микрометров значительно снижается усталостная прочность при всех уровнях напряжений, усиливается релаксация напряжений [12J.

Разрушение при температуре жидкого гелия происходит всегда в результате образования и развития усталостной трещины во всем возможном диапазоне напряжений. Усталостные трещины зарождаются, как правило, в полосах сдвига, появляющихся при прерывистом течении материала в первых циклах нагружения и развиваются по телу зерен. Окончательное разрушение происходит, как и при однократном нагружении, сколом под углом 45 град к оси образца.

тратором напряжений. Усталостные испытания проводили в интервале асимметрии цикла 0,8-0,94 при постоянном максимальном уровне напряжения путем предварительного выращивания усталостной трещины в условиях пульсирующего цикла для ускорения всего цикла испытаний. После возникновения трещины по поверхности около 2 мм дальнейшие испытания проводили при постепенном снижении минимального уровня напряжения цикла до той величины, которая соответствовала воспроизводимой высокой асимметрии цикла. Максимальные напряжения составили 800, 600 и 400 МПа.

При высоком уровне напряжений усталостные микрополоски могут быть очень редкими (рельеф, соответствующий третьей стадии развития трещины) или совсем отсутствовать. Рельеф излома в этом случае отличается от зоны долома лишь меньшей степенью локальной пластической деформации.

Распределение напряжений, возникающих при качении со скольжением, показано на рис. 21. Усталостная трещина появляется, когда максимальные подповерхностные касательные напряжения превосходят предел выносливости материала, а развивается параллельно поверхности. В конечном итоге усталостная трещина приводит к отделению части металла и образованию оспинки выкрашивания. При реверсивном воздействии напряжений усталостные трещины развиваются по нормали к поверхности в глубь металла. В идеальной атомной решетке, свободной от приложенных или остаточных напряжений, атомы находятся в равновесном состоянии под действием внутренних сил. Однако реальная атомная решетка металлов геометрически несовершенна из-за наличия в ней местных дислокаций. Приложенные внешние силы приводят к перемещению атомов в новые положения, что вызывает пластическую деформацию и наклеп. Увеличение пластической деформации за предел текучести приводит к возникновению и развитию трещин. Масло, попадаемое в трещину, играет роль гидравлического клина, ускоряющего процесс развития трещины.

Кроме того, было показано, что в области резких концентраторов с высоким теоретическим коэффициентом концентрации напряжений усталостные трещины могут образоваться при напряжениях значительно ниже предела выносливости по разрушению, быстро распространяться на определенную глубину, а затем полностью прекратить свой рост. Например, при амплитуде напряжений ниже предела выносливости (26,8 МПа) трещины глубиной 0,2—0,075 мм были обнаружены в образцах

образом, в рассматриваемой области в широком диапазоне-напряжении от 160 до 270 МПа поверхностно-упрочненные валы проходят не разрушаясь базу 10 млн. циклов, имея при этом в зоне концентратора напряжений усталостные трещины.

Диффузионное хромирование снизило предел выносливости образцов из мартен-ситной нержавеющей стали с 640 до 230 МПа несмотря на появление в поверхностных слоях остаточных сжимающих напряжений до 600 МПа. В данном случае не подтверждается распространенное мнение об остаточных сжимающих напряжениях как основной причине повышения выносливости. При симметричном циклическом на-гружении изгибом остаточные напряжения сжатия, уменьшая растягивающие напряжения, увеличивают суммарные сжимающие напряжения, что у ряда металлов, особенно мягких, уменьшает амплитуду разрушающих циклических напряжений. Усталостные трещины зарождаются в данном случае, как правило, под диффузионным слоем и при дальнейшем увеличении числа циклов нагружения распространяются в глубь основного металла и в диффузионный слой. Хромирование в 1,5 раза увеличило условный предел выносливости стали 13Х12Н2ВМФ в 3%-ном растворе NaCI,

При диаметре вала больше 60 мм галтели иногда выполняются с поднутрением в щеку или шейку, описываются двумя и более радиусами или выполняются по дуге эллипса. Распределение нормальных напряжений вдоль галтели и по ширине щеки изображено на фиг. 19: модификация VI оказывается наивыгоднейшей, all — самой невыгодной (наибольшая концентрация напряжений). Усталостные испытания этих модификаций на изгиб показали, что предел выносливости в первом случае на 30% больше, чем во втором.

Распределение напряжений, возникающих при качении со скольжением, показано на рис.21. Усталостная трещина появляется, когда максимальные подповерхностные касательные напряжения превосходят предел выносливости материала, а развивается параллельно поверхности. В конечном итоге усталостная трещина приводит к отделению части металла и образованию оспинки выкрашивания. При реверсивном воздействии напряжений усталостные трещины развиваются по нормали к поверхности в глубь металла. В идеальной атомной решетке, свободной от приложенных или остаточных напряжений, атомы находятся в равновесном состоянии под действием внутренних сил. Однако реальная атомная решетка металлов геометрически несовершенна из-за наличия в ней местных дислокаций. Приложенные внешние силы приводят к перемещению атомов в новые положения, что вызывает пластическую деформацию и наклеп. Увеличение пластической деформации за предел текучести приводит к возникновению и развитию трещин. Масло, попадаемое в трещину, играет роль гидравлического клина, ускоряющего процесс развития трещины.

ет, что, когда происходит мартенситное превращение под действием напряжений, усталостные свойства значительно ухудшаются. Причиной, обусловливающей разрушение в этом случае, можно считать концентрацию напряжений, образующихся в связи с необходимостью обеспечить когерентность деформации превращения на границах зерен или на поверхности раздела исходной и мартенситной фаз. Если с помощью РЭМ' исследовать излом образца В, то можно наблюдать на всей поверхности разрушения признаки интеркристаллитного разрушения. Можно заключить, что именно оно является причиной усталостного разрушения. У образцов С сопротивление усталости выше, чем у образцов В. Это обусловлено тем, что когерентность на поверхности раздела мартенситных кристаллов или на двойниковых границах внутри кристаллов мартенсита, которая обусловливает в данном случае механизм деформации, весьма совершенна. Поверхность раздела перемещается даже при низких напряжениях, поэтому возникает состояние, когда легко происходит релаксация напряжений на границах зерен. Однако даже в этом случае разрушение в конце концов происходит на границах зерен, поэтому можно считать, что короткая усталостная долговечность поликристаллических образцов из медных сплавов связана с существованием границ зерен. На рис. 2.61 показан [62] вид поверхности разрушения образцов из сплава Си — Zn — AI после усталостного разрушения в таких же условиях, как и в случае образцов С. На рисунке ясно видно, что трещина распространяется вдоль границы зерен.

б) Введение остаточных сжимающих напряжений. Усталостные характеристики гладкого материала показывают, что прочность увеличивается, если средние напряжения не растягивающие, а сжимающие.