Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Усталость
359
4. Температура
С понижением температуры S — TV-кривая сдвигается в сторону более высоких напряжений, но форма ее не изменяется [361 (фиг. 14.21). Тщательное исследование поведения нескольких металлов с гранецентрированной кубической решеткой, проведенное в интервале темпераутр 4,2—293 К [37], показало, что отношение усталостной прочности к пределу прочности при статическом растяжении уменьшается с понижением температуры от 293
Число циклов
Ф и г. 14.21. S — Л"-кривые меди в области температур 4,2—293 К [37].
до 100 К, а затем вновь увеличивается. Это является в некоторой степени свидетельством того, что механизм усталостного разрушения при очень низких температурах, по-видимому, претерпевает изменение.
Для сталей максимум предела усталости соответствует температурам 250—350° С; это, по-видимому, связано с явлением деформационного старения. При этих температурах усталостные дислокации, вероятно, наиболее сильно блокируются, тогда как при более низких температурах они свободны от воздействия атомов растворенного вещества и выделений. При более высоких температурах возрастающая интенсивность диффузии углерода приводит к увеличению подвижности дислокаций.
5. Частота
В общем случае при повышении частоты нагружения долговечность образца возрастает, однако этот эффект наиболее ярко проявляется при высоких частотах, т. е. выше 1 кГц. В этом случае возникают некоторые трудности при интерпретации результатов испытаний, так как при повышенных частотах возможен значительный разогрев образцов.
О. Лми.ппл ia деформации
Усталостные испытания с постоянной амплитудой деформации показали, что между величиной пластической деформации є,, и числом циклов до разрушения Лг, существует простая зависимость [38]
Л^Т(8„Г, (14.5)
где у — постоянная. Это соотношение справедливо для широкого круга металлов; при этом в координатах log Аер — log Nj оно изображается прямой линией с наклоном —1/2 (фиг. 14.22). Долговечность при испытаниях
360
Глава 14
на усталость может быть повышена за счет контроля структуры и чистоты поверхности; широкий диапазон справедливости приведенного выше
Число иинлов до разрушения
Ю~' I IO IOz IO3 Ю** 10s
Число цинлов до разрушения
Ф и г. 14.22. Связь между пластической деформацией и числом циклов до разрушения [6].
а — углеродистая сталь (SAK 11И8); в — титан.
соотношения означает, что наиболее эффективный путь повышепия долговечности состоит в уменьшении амплитуды пластической деформации.
7. !Влияние химических процессов
В обычных условиях усталостные трещины возникают на поверхности, поэтому нет ничего удивительного в том, что такой фактор, как состояние поверхности, играет важную роль. Равным образом показано, что окружающая среда оказывает большое влияние на усталостные свойства. В классической работе Хэй и Джонс [39] показали, что долговечность свинца можно увеличить в 10 раз, если покрыть поверхность образца маслом для изоляции ее от воздуха. Гоф и Сопвит [40] показали, что медь и латунь имеют более высокий предел выносливости при испытании образцов в вакууме по сравнению с испытанием на воздухе.
На фиг. 14.23 представлены результаты более поздней работы [16], посвященной усталостным испытаниям меди в вакууме и на воздухе; на графике хорошо видно благоприятное влияние изоляции образца от воздействия кислорода. Было найдено, что зарождение трещины в вакууме требует столько же времени, что и на воздухе, однако ее распространение в вакууме происходит медленнее; поэтому роль кислорода, по-видимому, состоит в том, что он абсорбируется поверхностью трещины и понижает поверхностную энергию. Если расширить условия испытаний, включив коррозионную среду, то в общем случае одновременное действие переменных напряжений и кор-
Усталость
361
розионной среды будет более катастрофическим, чем влияние каждого из этих факторов в отдельности. Такое явление обычно называют коррозионной усталостью. Нельзя не отметить, что большинство случаев усталости, встречающихся на практике, относятся непосредственно к этой категории. Однако некоторые среды более эффективны, чем другие; например, морская вода очень сильно влияет на S — TV-кривые многих металлов, в том числе сталей и легких сплавов. Лучшим средством против коррозионной усталости является применение коррозионностойких сплавов, а не сплавов
х/о
i i
\
уЗвакууме
На et *здухе \
Ф IT г
Юц Ю5 JO6 Ю7 10я
i/исло ц,инпов
14.23. Влияние атмосферы на развитие усталости в меди [1С].
с повышенным пределом выносливости; последние можно применять лишь в сочетании с вполне надежным коррозионностойким покрытием.
фреттинг-коррозия относится к явлениям, родственным коррозионной усталости. Она возникает между двумя поверхностями, движущимися периодически относительно друг друга, и представляет собой процесс удаления металла с поверхностей, сходный с процессом износа; при этом в результате сварки неровностей происходит вырывание с поверхности частиц, имеющих обычно природу окислов и других продуктов коррозии. Часто на поврежденных участках в конце концов появляются усталостные трещины. Фреттинг-коррозии во многих случаях можно избежать путем применения достаточного количества смазки.
