Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
342
Глава 14
До сих пор мы принимали, что цикл изменения напряжения симметричен относительно нуля, однако на практике во многих случаях среднее напряжение за цикл отлично от нуля; например, при испытаниях на циклическое растяжение — сжатие можно наложить дополнительное растягивающее или сжимающее напряжение. Чтобы учесть это напряжение, используют диаграмму другого типа: по одной из осей откладывают переменную компоненту напряжения оа, по другой — статическую компоненту напряжения O3 (фиг. 14.2). Границы диаграммы определяются пределом прочности на растяжение о"ішр, который не может быть превышен суммарным напряжением (оа -J- os). Если статическое напряжение равно нулю, то значения оа
Переменная компонента
З* " п^Ю3 -п= 10s -
сжатия) (Область
растяжения )
Фиг. 14.2. Влияние переменной и постоянной составляющих напряжения на усталостное поведение металлов [6].
можно получить из S — TV-кривой для ряда значений числа циклов до разрушения и нанести по оси ординат фиг. 14.2. Если наложенное напряжение оя не влияет на время до разрушения, то кривая будет параллельна оси G3, однако в конце она должна снижаться до точки Оппр (кривая 1). Более вероятным является предположение, что время до усталостного разрушения определяется соотношением (оа + Os) = С, где С — постоянная; это соотношение изображается прямой линией, пересекающей ось абсцисс в точке Онир (кривая 2 на фиг. 14.2). Эту линейную зависимость называют обычно соотношением Гудмэна, которое в общем виде можно представить следующим образом:
о~а- — -?—os-\-a, (14.1)
"пнр
где а — значение оа при O^ — О для данного числа циклов до разрушения. Экспериментальные данные не укладываются на прямую линию, а имеют тенденцию располагаться выше прямой Гудмэна. Другую эмпирическую зависимость, изображаемую параболической кривой, получил Гербер (кривая 3 на фиг. 14.2):
aa = a\i-l^-)2]. (14.2)
х °ппр і ¦>
Кривая этой зависимости лежит выше экспериментальных точек и располагается симметрично относительно оси оа. Это не вполне справедливо, так как на практике часто можно наблюдать, что сжимающее статическое напряжение благоприятно влияет на время до разрушения.
Усталость
343
Имеется много различных методов испытаний на усталость, однако мы ограничимся в основном анализом результатов испытаний с одноосным нагруженном, при которых напряжение прилагается симметрично по обе стороны от пуля с постоянной частотой, например попеременное растяжение и сжатие, или испытаний, при которых цилиндрический образец вращают и нагружают поперечной силой в постоянном направлении (испытания на вращение с изгибом). Как и в случае одноосной деформации, мы рассмотрим прежде всего поведение монокристаллов, а затем перейдем к поликристаллическим материалам.
§ 2. Поведение монокристаллов
Гоф и др. [9, 10J провели серию классических исследований поведения алюминия, серебра, меди, железа и цинка при кручении. Испытания этого типа исключают необходимость исследования большого числа монокристаллов с различной ориентировкой, так как различные части одного кристалла ведут себя по-разному вследствие различия напряженного состояния при испытании на кручение. Гоф обнаружил, что плоскости и направления скольжения, действующие при усталостных испытаниях, тождественны системам скольження, действующим при испытаниях, характеризуемых деформированием в одном направлении; при этом критерий максимального приведенного напряжения сдвига также сохраняет свое значение.
Микроскопические исследования показали, что линии скольжения ii кристаллах алюминия начинают развиваться при напряжениях ниже предела выносливости 1101, однако при дальнейших циклических нагружениях образование новых ,линий скольжения в конце концов приостанавливается, что свидетельствует о деформационном упрочнении монокристаллов при таком низком уровне напряжений. При больших напряжениях возникает аналогичное упрочнение с той разницей, что линии скольжения формируются в течение всего периода до усталостного разрушения, но с уменьшающейся частотой. В конце концов внутри полос скольжения зарождаются усталостные трещины.
Дальнейшее подтверждение наличия упрочнения в процессе усталостных погружений дают испытания на растяжение монокристаллических образцов, подвергнутых усталостным нагрузкам. Паттерсон [111 провел сравнение упрочнения монокристаллов меди при деформировании растяжением с упрочнением в результате действия переменных растягивающих и сжимающих нагрузок в пределах, соответствующих сдвиговым деформациям ±0,004. Упрочнение в процессе усталостных испытаний определялось путем измерения максимального напряжения сдвига за каждый цикл в зависимости от аккумулирующейся сдвиговой деформации (фиг. 14.3, а). У кристаллов с мягкой ориентировкой хорошо заметна первая стадия упрочнения, тогда как кристаллы, имеющие склонность к деформации путем множественного скольжения, упрочняются значительно быстрее; эта закономерность весьма близка к той, которая проявляется в поведении монокристаллов в процессе деформирования в одном направлении (фиг. 14.3, б).
