Выносливости наблюдается

Предел выносливости материалов, как правило, получают в результате испытаний стандартных образцов малого диаметра. Потому при оценке прочности деталей машин необходимо учитывать влияние на их выносливость следующих основных факторов: абсолютных размеров и конструктивных форм детали; состояния поверхности и свойств поверхностного слоя; изменения режимов на-гружения и срока службы и т. п.

В формулах (27.5), (27.6) и (27.7) приняты следующие обозначения; а_! и t_! — пределы выносливости материалов при симметричном цикле изменения нормальных и касательных напряжений; аа и та — амплитудные нормальные и касательные напряжения циклов; crm и тт — средние нормальные и касательные напряжения циклов;. Ка и /Ot — эффективные коэффициенты концентрации напряжений; е — масштабный фактор, т. е. коэффициент, учитывающий влияние размеров детали; р1 — коэффициент, учитывающий

Прочность — главный критерий работоспособности для большинства деталей. Деталь не должна разрушаться или получать пластические деформации при действии на нее нагрузок. Различают статическую потерю прочности и усталостные поломки деталей. Потеря прочности происходит тогда, когда значение рабочих напряжений превышает предел текучести ст для пластичных материалов или предел прочности ог„ для хрупких материалов. Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Усталостные поломки вызываются длительным действием переменных напряжений, значение которых превышает характеристики выносливости материалов (например, о_г). Основы расчета на прочность и усталость были рассмотрены в разделе «Сопротивление материалов». Здесь же общие законы расчетов на прочность и усталость рассматривают в применении к конкретным деталям,

РД 50-686-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы ускоренных испытаний на усталость для оценки пределов выносливости материалов, элементов машин и конструкций.

15. Доможиров Л.И. Обобщенное уравнение для оценки влияния трещин на предел выносливости материалов // Завод, лаб.— 1995.-№ 10.- С.27.

§ 11.3. Факторы, влияющие на снижение предела выносливости материалов

4. Определяем допускаемые напряжения. По данным, приведенным в табл. 7, находим пределы выносливости материалов: шестерни (сталь 45) a_j = 260Н/мма; колеса (сталь 35) о j = 230 Н/мм2. Для шестерни [а„]щ = 0,6 o.j = 0,6X260= = 150 Н/мма, для колеса [о„]к « 0,6 а_г = 0,6X230 = 138 Н/мм2.

Повышение коррозионно-усталостной выносливости материалов достигается созданием в поверхностном слое напряжений сжатия за счет обработки поверхности роликами, дробеструйной обработки, термомеханического упрочнения (ТМУ), нанесения металлических покрытий. ТМУ, сочетающее нагрев и силовое воздействие на поверхностный слой металла, наиболее эффективный метод повышения коррозионно-усталостной выносливости. При ТМУ через место контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали пропускают ток большой силы и низкого напряжения, в результате чего происходят размягчение выступающих неровностей и деформация их под действием инструмента с последующей закалкой за счет быстрого охлаждения. Этот метод применяют для повышения коррозионно-усталостной выносливости резьб бурильных труб. Наилучшие результаты получены при силе тока 400—450 А и напряжении 3—4 В. На поверхности металла обнаруживается «белый» нетравящийся слой, отличающийся высокой термодинамической устойчивостью вследствие образования мелкоблочной и высокодисперсной структуры и имеющий более положительный потенциал, чем лежащий под ним металл.

РД 50-686-89. Методические указания. Надежность в технике. Методы ускоренных испытаний на усталость для оценки пределов выносливости материалов, элементов машин и конструкций.

§ 0.7. Предел выносливости материалов

§ 0.7. Предел выносливости материалов . ...... 12

Первая группа исследователей (II. Кеттунен, Г. Оатсс, Д. Вильсон) считает, что физический предел выносливости наблюдается у металлов и сплавов, склонных к деформационному старению, и его появление может быть объяснено по аналогии с явлением физического предела текучести и том смысле, что циклическое нагружение выше предела выносливости должно приводить к интенсивной разблокировке дислокаций от атмосфер Коттрелла. Однако существуют экспериментальные данные, не согласующиеся с гипотезой о влиянии исходной блокировки дислокаций. Так, в ряде случаев предел выносливости выше статического предела текучести. Кроме того, наличие предела выносливости зависит не только от исходной блокировки дислокаций атомами примесей, но также и от размера зерна.

Частота нагружений. Скорость изменения напряжений мало влияет на величину предела выносливости. Некоторое повышение предела выносливости наблюдается при увеличении частоты нагружений выше 1000 циклов в секунду. Перерывы нагружения (паузы) повышают предел выносливости, однако это повышение невелико (не более чем на 10—15%) и тем больше, чем чаще и продолжительнее перерывы в нагружений.

Зависимость усталостной прочности от температуры. Усталостная прочность титановых сплавов снижается по мере повышения температуры испытания. Наибольшее снижение предела выносливости наблюдается у технически чистого титана, наименьшее —у теплопрочных (а + 0) -сплавов. Относительное изменение предела выносливости теплопрочных сплавов (ПТ-ЗВ, ВТ6, ВТ8, ВТ9, ВТЗ-1, ВТ16 и ВТ22) в зависимости от температуры показано на рис. 102. Видно, что повышение температуры до

Изменение величины коэффициента вариации хорошо коррелирует с влиянием ППД на характеристики малоцикловой усталости. Наиболее высокий условный предел выносливости наблюдается после обкатки с усилием 1200 Н, более низкий — после обкатки с усилием 900 Н и обдувки стальной дробью и самый низкий—у образцов с исходной поверхностью.

Когда вблизи предела выносливости наблюдается большой разброс циклической долговечности, разрушение и «выживание» образцов на нескольких уровнях напряжений требуется проведение испытаний в статистическом аспекте.

Кроме того, отпуск после первичного нагружения и обнаружения нераспространяющихся усталостных микротрещин приводит к увеличению предела выносливости образцов из низкоуглеродистой феррито-перлитной сстали. Наиболее заметное увеличение предела выносливости наблюдается после отпуска в вакууме при температуре 300—350 °С (см. табл. 3, образцы 9—13). Влияние отжига можно связать с тем, что снятие упрочнения у вершины трещины, возникшей при первичном нагружении, приводит к облегчению ее дальнейшего роста при вторичном нагружении. Однако рост трещины на этом вторичном уровне нагружения снова сопровождается упрочнением ее вершины. Причем упрочнение это может быть несколько большим, чем при первичном нагружении, так как с ростом трещины увеличивается концентрация напряжений у ее вершины, а следовательно, амплитуда циклической деформации.

струкционных мало- и средиелегированных сталей обычно имеют значения от 5 до 10 кг/мм2. Чем агрессивнее коррозионная среда и чем менее коррозионностоек материал, тем больше снижается предел выносливости, причем с увеличением базы испытания влияние среды усиливается. В пресной и морской воде усталостная прочность медных и титановых сплавов мало снижается, что делает их особенно пригодными для применения в судостроении. Коррозионноусталостная прочность значительно понижается даже при сравнительно небольшом уменьшении частоты, к-рое не отражается на выносливости при испытании на воздухе. При наличии концентрации напряжений пределы выносливости конструкционных малолегированных сталей и алюминиевых сплавов под влиянием коррозионной среды снижаются в меньшей мере, чем у гладких образцов, так что по нек-рым данным при большом числе циклов (невысоких напряжениях) усталостная прочность надрезанного образца в коррозионной среде может оказаться выше прочности гладкого образца. Масштабный эффект при одновременном воздействии коррозионной среды и усталости изучен недостаточно, но имеющиеся данные позволяют полагать, что влияние абс. размеров образца будет зависеть от уровня действующих напряжений. При сравнительно малых амплитудах напряжений (в области больших долговечностей) в нек-рых опытах наблюдался определенный рост усталостной прочности малолегированной стали при увеличении диаметра образца (рис. 17). У коррозионностойких материалов с увеличением размеров сопротивление усталости в коррозионных средах понижается. Менее резкое, но все же значит, снижение предела выносливости наблюдается также при испытаниях на усталость в обычных условиях образцов, подвергшихся предва-

Установлено [25, 124 J, что электрошлаковый переплав повышает предел выносливости нормализованной и закаленной стали ШХ15. В 3 %-ном растворе NaCI при N = 2 • 10' цикл, нагружения условный предел выносливости после рафинирования увеличился у нормализованной стали ШХ15 с 100 до 120 МПа, а у закаленной и низкоотпущенной (160°С) — с 45 до 65 МПа, т.е. на 20—40 %. Электрошлаковый переплав с последующим вакуумным переплавом, однократный электрошлаковый переплав, двукратный вакуумный переплав из чистых шихтовых материалов повышают предел выносливости стали ШХ15 в воздухе с 680—720 до 940— 970 МПа. Наибольшее повышение выносливости наблюдается у сталей электрошлакового и двукратного вакуумного переплава.

ние коррозионной выносливости наблюдается и при диффузионном насыщении среднеуглеродистой стали из порошков и обмазок при толщине интерметаллидного слоя 0,05—0,15 мм [113, 225].

Число циклов вагружения. Демпфирующие свойства материала, как правило, изменяются при длительном воздействии циклических напряжений. Характер изменения демпфирующей способности зависит от условий нагружения и структуры материала [56, 79]. Так, у стали при амплитуде напряжений, превышающей предел выносливости, наблюдается быстрый и почти равномерный рост логарифмического декремента колебаний по мере увеличения числа циклов нагружения. Тренировка напряжениями, равными пределу выносливости, может привести к первоначальному повышению или снижению декремента колебаний при последующей его стабилизации, а напряжениями, меньшими предела выносливости, - вначале к повышению, а затем к снижению или стабилизации уровня декремента колебаний.

Максимальный предел выносливости обнаруживается при сравнительно небольшой толщине слоя. Для деталей без концентраций напряжений рост предела выносливости наблюдается лишь при отношении толщины слоя х к радиусу R, равном 0,1—0,2. При наличии концентраторов напряжений максимальное значение предела выносливости достигается при x/R = 0,01. При дальнейшем увеличении толщины слоя предел выносливости или не изменяется, или уменьшается (на 10—20%) вследствие снижения напряжений сжатия в слое, увеличения напряжении растяжения в сердцевине и разупрочнения сердцевины. Разрушение начинается под слоем. Чем выше температура азотирования, тем ниже абсолютное значение предела выносливости. Это связано с разупрочнением сердцевины и уменьшением остаточных напряжений сжатия.

Максимальный предел выносливости получается при сравнительно небольшой глубине слоя. Для деталей без концентраторов напряжений рост предела выносливости наблюдается лишь при отношении глубины слоя (Д) к радиусу (/?), равном 0,1—0,2. При наличии концентраторов напряжений максимальное значение предела выносливости достигается