Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Предел усталости стали может существенно изменяться в зависимости от режима термообработки; наряду с этим имеется приблизительная связь
23*
356
Глава 14
между пределом усталости и пределом прочности на растяжение (фиг. 14.17). Среднее значение отношения предела усталости к пределу прочности на растяжение равно приблизительно 0,5; но эта величина весьма чувстви-
98,-1-1-1-1-1---]-г-1-1-J
91 —--------¦---
* 84
28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182 Предел прочности на растяжение t нгс//н/иг
Ф и г. 14.17. Зависимость между пределом усталости и пределом прочности на растяжение сталей [52].
і — образцы без надреза; 2 — образцы с надрезом; 3 — образцы, подвергшиеся коррозии.
тельна к качеству стали, а также к тому, имеются ли на поверхности образца риски или царапины. Для мартенситных сталей это отношение может понижаться до 0,25, а для ферритных сталей оно может достигать 0,60.
2. Системы iiarpj и.ччшя
Обычный лабораторный режим испытаний на усталость характеризуется постоянством амплитуды напряжения, однако на практике возможны различные варианты, некоторые из которых показаны на фиг. 14.18. Испытания на усталость могут быть очень сложными и включать растягивающие, сжимающие и сдвигающие напряжения, но можно сделать некоторые простые обобщения. Растягивающее напряжение, наложенное на режим испытания сжатие — растяжение, понижает сопротивление усталости, а сжимающее напряжение повышает его. Таким образом, влияние увеличения среднего растягивающего напряжения состоит в смещении S — TV-кривой в сторону более низких напряжений, а увеличение среднего сжимающего напряжения приводит к сдвигу этой кривой в обратном направлении.
На фиг. 14.19 представлены некоторые результаты испытаний сплава Al — Zn — Mg, в процессе которых среднее растягивающее напряжение повышалось от нуля до 21 кгс/мм2. Имея в виду, что усталостное разрушение начинается на поверхности образца, следует ожидать, что наложение остаточного сжимающего напряжения будет давать благоприятный эффект,
Усталость
357
заключающийся в торможении процесса раскрытия трещины. Этим объясняется факт повышения сопротивления усталости материалов в результате
.J.—M-XL—V.
a S
Ф и г. 14.18. Некоторые типы нагружения при усталостных испытаниях (Йокобори [52]).
а — повторяющееся напряжение; б -— повторно изменяющееся напряжение; в ¦— беспорядочно изменяющееся напряжение.
таких видов поверхностной обработки, как обдувка дробью *) и дрессировка 2). Обратный эффект среднего растягивающего напряжения можно
224-----
2j0\_I_I_I_1
ю3 /о" ю5 юе ю7
Цисло циклов
Ф и г. 14.19. Влияние среднего растягивающего напряжения па характер S — Л'-крп-вых сплава алюминий — цинк — магний [6].
л — растягивающее напряжение равно пулю; в — 7 кгс/мм"; с — 14 кгс/мы2; d — 21 ьте/мм2.
понять, если учесть, что оно способствует раскрытию усталостной трещины и, следовательно, ускоряет разрушение.
3. Концентраторы напрнжений
В большинстве случаев усталостное разрушение возникает в местах концентрации напряжений, появляющихся как результат неправильной конструкции детали или неправильной технологии ее производства. Сильное влияние концентраторов напряжений в виде надрезов очень хорошо изучено в процессе систематических испытаний образцов с надрезами и без них.
J) Обдувка поверхности мелкими стальными шариками способствует появлению сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое.
2) Легкое обжатие за один проход в прокатном станс, дающее эффект, аналогичный обдувке дробью.
35S
Глава 14
Степень возрастания приложенного напряжения в основании надреза может быть рассчитана с помощью теории упругости, если известна форма сечения надреза; отношение этого напряжения к номинальному напряжению называется коэффициентом- концентрации напряжения q; аналогично коэффициент надреза при усталости j определяется как отношение сопротивления
Число циклов
Ф и г. 14.20. Влияние надрезов па характер 5 — .Y-кривых сталей [53].
усталости образца без надреза к сопротивлению усталости того же образца с надрезом. Еще одна величина — коэффициент чувствительности к надрезам Г) — определяется следующим образом:
7 — 1
она используется для характеристики чувствительности сопротивления усталости материала к надрезам. Таким образом, материал, который не обнаруживает снижения сопротивления усталости при появлении надреза, имеет коэффициент чувствительности к надрезам ij — 0; максимальное теоретически возможное влияние надреза характеризуется величиной ц = 1. На фиг. 14.20 представлены кривые, показывающие сильное влияние надрезов, обнаруженное при испытаниях образцов из стали; при этом отношение предела усталости к пределу прочности на растяжение снижается от 0,5 для образцов без надреза до 0.15 для образцов с надрезами. При конструировании деталей машин, подверженных действию переменных нагрузок, следует стремиться избегать таких элементов конструкции, которые могут играть роль надрезов, например острых внутренних углов, отверстий в высоко-нагруженных частях деталей и т. д. Желательно также, чтобы поверхность детали после обработки была как можно более чистой; поверхность образцов для усталостных испытаний принято шлифовать до высокой степени чистоты обычными методами, чтобы получать воспроизводимые результаты. Иногда неоднородности материала в виде крупных включений или твердых участков действуют как концентраторы напряжений; поэтому во многих областях применения, например при производстве шарикоподшипников, предпочитают использовать стали с высокой степенью однородности.
