Механические свойства при переменных (циклических) нагрузках

Длительное воздействие на металл повторно-переменных напряжений может вызвать образование трещин и разрушение даже при напряжении ниже σ_0,2.
Постепенное накопление повреждений в металле под действием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойство металлов сопротивляться усталости - выносливостью.
Усталостный излом (рис. 39?) состоит из очага разрушения 1 – места зарождения разрушения, зоны стабильного развития трещины 2 и зона долома 3 – участка развития трещины, связанного с окончательным разрушением. Очаг разрушения обычно расположен вблизи поверхности. Поверхность как более нагруженная часть сечения (при изгибе и кручении) претерпевает микродеформацию, а затем в наклепанной зоне образуется подповерхностные трещины. Растет только та трещина, которая имеет достаточную длину и острую вершину - магистральная трещина. Продвигаясь в глубь металла, усталостная трещина образует глубокий и острый надрез (рис.39 в?).
Испытание на усталость проводят для определения предела выносливости, под которым понимают наибольшее значение максимального напряжения цикла, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого или заданного числа циклов нагружения.
Цикл напряжения - это совокупность переменных значений напряжений за один период их изменения. За максимальное σ _max или минимальное

σ_min напряжение принимают наибольшее и наименьшее по алгебраической величине напряжение.
База испытания N должна быть не ниже 10*106 циклов для стали и 100*106 циклов для легких сплавов и других цветных металлов, не имеющих горизонтального участка на кривой усталости.
Если образование трещин или полное разрушение происходит при числе циклов до 5*104, такая усталость называется малоцикловой, при большем числе циклов - многоцикловой. Предел выносливости снижается при наличии концентраторов напряжений. Чем больше размер образца, тем больше в нем дефектов и запас упругой энергии, что облегчает образование и развитие усталостных трещин и снижает R (масштабный фактор). Коррозия на 50 - 60% и более снижает предел выносливости  -1.
Между пределом выносливости и временным сопротивлением существует определенная связь:

• для многих сталей отношение  -1/В  0,5
• для медных  -1/В  0,3 - 0,5
• для алюминиевых  -1/В  0,25 - 0,4

Однако следует иметь в виду, что при высоком значении s_В данное отношение снижается.
Живучесть. Важной характеристикой конструктивной прочности, характеризующей надежность материала, является живучесть при циклическом нагружении. Под живучестью понимают долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5 - 1,0 мм до окончательного разрушения. Количественно живучесть конструкции оценивается коэффициентом
b = 1 - t₀ / t _раз,
где t₀ и t _раз - продолжительность эксплуатации конструкции до появления трещин и до разрушения соответственно.
Живучесть имеет особое значение для надежности эксплуатации изделий, безаварийная работа которых поддерживается путем периодического дефектоскопирования различными физическими методами для выявления усталостных трещин. Чем меньше скорость развития трещины, тем легче ее обнаружить.

Дата добавления: 2015-07-25