ИСПЫТАНИЯ НА УСТАЛОСТЬ

Большинство современных деталей машин работает в условиях, когда действующие силы меняют свое значение как по величине, так и по знаку (рис. 23).

Установлено, что металл, испытывающий в работе знакопеременные напряжения (сжатие σ — и растяжение σ +), повторяющиеся через определенные промежутки времени (рис. 23), разрушается при напряжении, лежащем не только ниже предела прочности σь, но и ниже предела текучести σs. Разрушение имеет место и при повторно-переменной нагрузке, т. е. когда изменяется только величина нагрузки без изменения знака напряжения (рис. 23). Явление разрушения металла под действием повторных или знакопеременных напряжений называется усталостью металла.

В результате усталостного разрушения получается характерный излом, состоящий из двух зон (рис. 24). Зона 1 имеет гладкую поверхность и носит название «зона усталости». Зона усталости образуется постепенно.

Рис. 23. Знакопеременные и знакопостоянные циклы перемен нагрузок.

Первоначально в наиболее слабом месте сечения образуется микротрещина, которая постепенно развивается в макротрещину. После того как трещина заняла значительную часть сечения, происходит мгновенное хрупкое разрушение по части сечения 2. Поверхность излома в этой зоне имеет кристаллический характер.

При выборе металла для изготовления той или другой детали необходимо учитывать его сопротивление разрушению от усталости, т. е. способность выдерживать без разрушения значительное число повторно-переменных напряжений.

Рис. 24. Излом усталости.

Сопротивление металла усталости характеризуется так называемым пределом усталости (выносливости). За предел усталости (выносливости) σь принимается наибольшее напряжение, при котором образец выдерживает без разрушения заданное число циклов, принимаемое за базу.

Согласно ГОСТ 260-45 предел усталости (выносливости) стальных образцов определяют на базе 5 млн., а образцов из легких литейных сплавов—на базе 20 млн. циклов. Большое количество исследований показало, что если металл выдержал указанное число циклов без разрушения, то он выдержит такое же напряжение и при значительно большем числе перемен нагрузок.

Определение предела усталости наиболее часто осуществляется путем воздействия на вращаемый образец одной или двух изгибающих нагрузок, вызывающих в образце знакопеременные напряжения (растяжение — сжатие) по симметричному циклу. На рис. 25 приведена принципиальная схема испытания на усталость при изгибе с вращением консольно закрепленного образца.

Рис. 25. Схема испытания на усталость при изгибе с вращением.

Для определения предела усталости должно быть подвергнуто испытанию не менее шести образцов. Первый образец испытывают при напряжении σ₁ равном для стали 0,6 σь (предела прочности при растяжении) и определяют число циклов, вызвавших разрушение образца N1. Для второго и последующих образцов напряжения σ₂, σ₃ и т. д. каждый раз снижают или повышают на 2 или 4 кг/мм² в зависимости от числа циклов, вызвавших разрушение первого образца.

Результаты испытаний наносят на диаграмму в координатах напряжения σ кг/мм² — число циклов N в пропорциональных или логарифмических масштабах.

Такого рода диаграмма, называемая диаграммой усталости, приведена на рис. 26.

Величина предела усталости в сильной степени зависит от размеров образца, наличия концентраторов напряжений (галтель, выточка и т. д.), степени чистоты поверхности, коррозии и т. д.

Рис. 26. Кривая усталости.

С увеличением размеров образца величина предела усталости понижается.

Наличие на образце (деталях) концентраторов напряжений в виде надрезов, резких переходов, выточек и т. д. резко снижает предел усталости. Чем тщательнее обработка поверхности образца (детали), тем выше значение предела усталости. Коррозия сильно понижает предел усталости. Поверхностное упрочнение деталей машин (поверхностная закалка, азотирование, цементация и т. д.) сильно повышает предел усталости и значительно уменьшает отрицательное влияние концентраторов напряжений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: