Выносливости уменьшается

При одновременном воздействии на детали циклических нагрузок и коррозионной среды возникает явление более интенсивного накопления усталостных повреждений, называемое коррозионной усталостью. Предел выносливости вследствие влияния коррозионной среды снижается в 3 раза и более.

Режим и технология точения также могут определенным образом влиять на усталостную прочность. Высокая скорость резания и большая подача заметно снижают предел выносливости вследствие повышения шероховатости поверхности и появления неблагоприятных поверхностных напряжений. Однако -имеются режимы резания, которые создают поверхностный наклеп и сжимающие напряжения, повышающие предел выносливости титана. Замечено отрицательное влияние на усталостную прочность титановых сплавов охлаждения жидкостями (вода, эмульсия и пр.) при высоких скоростях резания точением. В этом случае происходит поверхностное наводороживание и даже появление гидридных пленок и слоев, способствующих возникновению растягивающих напряжений и хрупкости поверхности. Во всех случаях конечные операции механической обработки деталей из сплавов титана, подвергающихся систематическим циклическим нагрузкам, необходимо строго регламентировать, а еще лучше предусмотреть специальную поверхностную обработку, снимающую все неблагоприятные поверхностные явления и упрочняющую металл.

Большое влияние на характеристики усталостной прочности оказывает направление вырезки образцов. Снижение предела выносливости вследствие вырезки образцов поперек волокна составляет от 5 до 25%. Волосовины, расположенные в продольном по отношению к оси образца направлении, не снижают сопротивления усталости. Если же волосовины располагаются в поперечном направлении, суммарное снижение предела выносливости может доходить до 50% 1[50].

Метод пригоден для приблизительной оценки предела выносливости вследствие погрешности визуальной оценки степени прямолинейности экспериментальных графиков. Для более точной оценки необходимо привлечение математического аппарата.

где ар — коэффициент, характеризующий срезание пика напряжений за счет пластической деформации; г) — коэффициент, учитывающий объемность напряженного состояния; Xq> — относительное увеличение допустимого напряжения при пределе выносливости вследствие действия «поддерживающих сил».

8. Снижение предела выносливости вследствие наложения коррозионного фактора на переменные напряжения характеризуется коэф-

20—30 МПа превышает предел выносливости) вследствие больших потерь на внутреннее трение образцы разогреваются и теряют устойчивость. Жидкая коррозионная среда при уровнях напряжений выше предела выносливости охлаждает образец и увеличивает его долговечность. Периодическое смачивание 3 %-ным раствором NaCI нагретой до 230—250°С стали при низких амплитудах циклических нагрузок также резко снижает ее сопротивление усталостному разрушению. Условный предел выносливости снижается с 185 до 145 МПа. При уровнях циклических напряжений выше предела выносливости электрохимическое воздействие коррозионной среды не успевает существенно проявиться ввиду сравнительно небольшого времени до разрушения, в то время как из-за охлаждающего эффекта ограниченная долговечность стали увеличивается. Аналогичные результаты получены и другими ав^торами. Следует отметить, что такое заключение не является универсальным для разных металлов. Оно справедливо для тех металлов и сплавов, для которых повышение температуры образца (от комнатной и выше), например, в результате циклического деформирования, сопровождается монотонным снижением сопротивления усталости. К таким материалам относятся, в частности, хромоникелевые стали.

Действительное снижение пределов выносливости вследствие концентрации напряжений характеризуется эффективными коэффициентами концентрации напряжений

Кривые на фиг. 61—64 построены по результатам испытаний лабораторных образцов малого диаметра (d = = 7 -т- 10 мм). С увеличением абсолютных размеров сечений следует ожидать еще большего снижения выносливости вследствие коррозии.

Действительное снижение пределов выносливости вследствие концентрации напряжений характеризуется эффективными коэффициентами концентрации напряжений

жение выносливости вследствие коррозии.

Так как усталостная трещина начинается в поверхностном слое, то чем тщательнее обработана поверхность образца (детали), тем выше предел выносливости. По сравнению с полированными образцами стали (ап = 1000 МПа) предел выносливости шлифованных образцов снижается на 10—15 %, а фрезерованных на 45—50%, С увеличением размера образца предел выносливости уменьшается («масштабный фактор»). Предел выносливости изделий всегда ниже, чем образцов. Чем больше растягивающие напряжения на поверхности, тем ниже выносливость. Увеличение сжимающих напряжений при неизменном растягивающем напряжении смещает кривую усталости в направлении больших напряжений. Это объясняется тем, что растягивающие напряжения способствуют раскрытию трещины, а сжимающие, наоборот, затрудняют.

На основании опытов установлено, что предел выносливости зависит от абсолютных размеров поперечного сечения образца: с увеличением размеров сечения предел выносливости уменьшается. Эта закономерность получила название масштабного фактора и объясняется тем, что с увеличением объема материала возрастает вероятность наличия в нем неоднородностей строения (шлаковые и газовые включения и т. п.), что приводит к появлению очагов концентрации напряжений.

Влияние температуры. С увеличением температуры предел выносливости уменьшается. Это важно учитывать при расчете деталей, работающих при повторно-переменных нагрузках в условиях высоких температур (лопатки паровых и газовых турбин, клапаны двигателей внутреннего сгорания и т. д.). Так, например, для стали ЗОХМ увеличение температуры от 20° до 400—500° снижает предел выносливости на 22%.

напряженного состояния. В соответствии с небольшим изменением градиента напряжений в области больших диаметров интенсивность снижения пределов выносливости уменьшается, а пределы выносливости образцов при изгибе и растяжении-сжатии сближаются [3].

выносливости, что и образцы без трещины. Только в области ограниченной долговечности такие образцы разрушались несколько раньше, чем образцы без трещины. Для образцов с трещиной глубиной больше нераспространяющейся (т. е. 0,250' и 0,375 мм) предел выносливости уменьшается с увеличением размера исходной трещины.

Сталь 13Х12Н2МВФБА, дополнительно легированная ниобием и азотом, о.бладает большей термостойкостью структуры и при этой же температуре испытания лучше сопротивляется усталостному разрушению. У стали, подверженной отпуску при 700°С, предел выносливости снижается лишь на 15 % (с 440 до 380 МПа). С понижением температуры отпуска до 600°С при тех же условиях испытания предел выносливости уменьшается с 620 до 500 МПа. Обнаружено, что при повышенных температурах испытания относительное снижение сопротивления усталости тем больше, чем ниже температура отпуска стали.

Отсюда следует, что при высоких температурах предел прочности и предел текучести не могут служить критериями прочности. Критериями в этом случае надо считать предел ползучести и предел длительной прочности. При оценке усталостной прочности лопаток критерием прочности служит предел выносливости (усталости) при симметричном цикле 0_i. Величину его следует принимать во внимание при выборе материала для лопаток наряду с пределами текучести и длительной прочности. Так же, как и последние, предел выносливости уменьшается с ростом температуры. На сопротивление усталости большое влияние оказывает чувствительность материала к концентрации напряжений, о которой можно судить, сравнив значения пределов выносливости гладких (0-i) и надрезанных (a_i)K образцов.

При испытаниях на усталость очень важное значение имеет так называемый масштабный фактор. Испытания гладких геометрически подобных образцов на знакопеременный изгиб показывают, что при увеличении диаметра образца предел выносливости уменьшается. Так, например, увеличение диаметра образца от 7,6 до 149,2 мм снижает предел выносливости в 2 раза. Это явление относится также к образцам с надрезом, к образцам, находящимся в коррозионных средах, и т. п. Следует отметить, что дальнейший рост размеров образца уже не оказывает существенного влияния на предел усталости.

Ьй рис. 34, б даны результаты усталостных испытаний, полученных на машине У-12Б при схеме нагружения изгиб с вращением. Для заданного отношения частот р = 12,8 (/х = = 100 цикл/мин; /2 = 1280 цикл/мин) и амплитуд ста2/(Ташах = = 0,15-^-0,30 отмечается снижение долговечности при двухчастотном нагружении. При этом предел выносливости уменьшается с 22,5 до 16,5 кгс/мм2, т. е. на 27%.

Значительное влияние на понижение усталостной прочности в крупногабаритных образцах оказывает анизотропия структуры и отдельные дефекты, служащие очагом концентрации напряжений и началом образования усталостной трещины. Вероятность образования дефектов и перенапряженных зерен возрастает с ростом размеров испытуемого элемента. В связи со статистической природой процесса усталостного разрушения это приводит к увеличению вероятности разрушения. И не случайно поэтому влияние размеров на понижение пределов выносливости уменьшается в рафинированных сталях.

Разрушение образцов при испытании на длительную прочность при 20 и 500° С происходило по шву и переходной зоне. Наиболее высокие значения этих характеристик отмечены после двойного отжига или отжига при 600° С. Длительная прочность сварного соединения (°ioo =60-^63 кгс/мм2), равноценна значениям длительной прочности основного материала. Предел выносливости уменьшается от 48 (основной металл) до 17,5— 35 кгс/мм2 (сварное соединение) в зависимости от режима отжига.