Форма кривых усталости
Зависимость переменных напряжений от числа циклов до разрушения изображается графически кривой усталости. Для аналитического описания зависимости Одно из наиболее общих выражений было предложено Вейбуллом [1]:
где
а, т— постоянные. Если положить m=1, то В координатах х=lgN и y=lg( Материалы, обладающие «неограниченным» пределом выносливости, в правой части кривой усталости имеют горизонтальный участок, и значение Высоколегированные стали, сплавы на основе никеля, высокопрочные титановые сплавы, алюминиевые сплавы, бронзы могут не иметь горизонтального участка. При нормальной, и, в особенности, при повышенных температурах значения пределов выносливости для таких материалов следует указывать для определенного числа циклов (106—109). На рис. 1 представлена кривая усталости стали 1Х12Н2ВМФ (ЭИ961) с Наиболее удобным для экстраполяции является представление результатов испытаний выражением Поскольку механизм накопления повреждаемости при переменных напряжениях является сложным и связан с участием пластического деформирования в области малоциклового нагружения, описание единой зависимостью всейкривой усталости от N=0 до Результатом испытаний на усталость свойствен большой разброс. Предлагаемые зависимости
Методы построения кривых усталости зависят от типа задачи, поставленной перед исследователем. 1. Задача испытания—получение полной кривой усталости с распределением ограниченных пределов выносливости. Порядок испытания: — примерно оценивается предполагаемое значение предела выносливости по литературным данным для марки материала, по известным значениям отношения — назначаются уровни напряжений — два выше точки перелома( — испытываются по 5—10 образцов на каждом уровне, результаты обрабатываются статистически с определением среднего значения lg N выборки i -го уровня — все результаты наносятся на график Количество образцов для всех уровней о уточняется исходя из принятых значений: 1) 2) 3) Р — вероятности разрушения [2]. По результатам всех испытаний строятся кривые равной вероятности раз- рушения Р, позволяющие определить для базы N предел выносливости Такие кривые могут быть построены как по моменту полного разрушения, так и по появлению трещины усталости. На рис. 2 показаны кривые равной вероятности для образцов из стали 45 с концентрацией напряжений [З]. 2. Задача испытания — получение кривой усталости, соответствующей 50%-ной вероятности разрушения. Кривая строится по данным испытания ограниченного количества образцов в следующих случаях: а) высокой стоимости материала; б) невозможности получения большого количества образцов; в) при испытаниях деталей, и узлов. Испытывают 10 образцов, по 1—2 на нескольких уровнях напряжений. Полученные результаты должны располагаться в широком диапазоне N (от 104до 108 циклов). Полученные результаты для сломавшихся образцов обрабатываются методом наименьших квадратов. Логарифмы напряжения 3. Распределение пределов выносливости может быть определено для выбранной базы методом ступенчатого погружения (метод Локати), методом Про, методом «вверх — вниз» (см. стр. 77). Подробнее вопрос планирования и обработки данных усталостиых испытаний рассмотрен на стр. 258 — настоящей книги и в литературе [1, 3].
Конструкция и методы изготовления образцов для испытания на усталость Конструкция и технология изготовления образцов не должны вносить существенное изменение в сопротивление усталости материала, если в задачу исследования не входит изучение влияния определенного конструктивного или технологического факторов. Металл для изготовления образцов должен быть структурно однородным и представительным в отношении свойств и состояния материала данной марки. При резке полуфабрикатов и профильного сортамента, имеющих выраженную текстуру, обнаруживаемую на шлифах при травлении на макроструктуру, а также вытянутые в одном направлении дефекты: цепочки неметаллических включений (волосовины) и др., следует иметь в виду, что снижение предела выносливости конструкционных сталей 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 волосовины располагаются в поперечном направлении, суммарное снижение предела выносливости может доходить до 50 %. Механическая обработка образцов требует повышенного внимания, так как состояние поверхности, а именно: форма и глубина неровностей, наклеп, остаточные напряжения оказывают сильное влияние на сопротивление усталости в особенности, при испытаниях образцов с концентрацией напряжении. Наряду с требованием высокого качества поверхности образцов, технология их изготовления при массовом производстве должна удовлетворять условию максимальной экономичности. Перспективной для изготовления образцов без остаточных напряжений и шероховатости является электрохимическая обработка в сочетании с отжигом и электрополированием. Для образцов с V-образным надрезом в качестве окончательной операции применяется резьбошлифование. Обильное охлаждение является необходимым для исключения прижогов и шлифовочных трещин. При наличии этих дефектов обработки пределы выносливости снижаются в 2—3 раза. В результате продольного шлифования риски располагаются вдоль оси образца и не оказывают заметного влияния на его прочность. Головки образцов, посредством которых образец соединяется с захватами машины для передачи на него нагрузки, также требуют тщательной обработки шлифованием, за исключением резьбовых головок, которые обрабатываются резцом Преждевременные разрушения по головкам образцов, наблюдаемые в местах контакта с цанговыми зажимами (машины изгиба с вращением) или по радиусу галтели у головок в машинах для испытания на растяжение — сжатие, надежно устраняются наклепом опасных мест обкаткой или ударами шариков. Основные виды образцов для испытания на усталость при изгибе с вращением представлены на рис. 3,а,б; при растяжении – сжатии на рис. 4,а,б. Конструкция плоских образцов для нагружения плоским изгибом показана на рис 5, а для испытания на кручение — на рис. 6. Проверке подлежат параллельность осей рабочей части и головки, и перпендикулярность торца головки к оси образца для испытания на растяжение – сжатие. Для исследования прочности при переменных напряжениях материала крупных поковок и штамповок целесообразно проводить испытания больших образцов на мощных установках, поскольку увеличение диаметра образца от
Сравнительные испытания пустотелых и сплошных образцов на изгиб и кручение при нормальной температуре не показали большого расхождения результатов. Однако в большинстве случаев сложность изготовления образцов
с внутренними отверстиями заставляет отказываться от применения таких конструкций в массовых испытаниях. Основные требования к условиям проведения испытаний на усталость изложены в ГОСТе 2860—65.
|