Файл: Кравченко, Петр Ефимович. Усталостная прочность учебное пособие.pdf

Поясним эту мысль схематически (рис. 29).

Для этого возьмем два вала с радиусами г и й, и пусть за счет указанного упрочнения предельные напряжения для материала обоих валов повысились с величины АБ до величины АВ. Тогда для

правдоподобна . Но независимо от этого влияние масштабного фактора существует, и его необходимо учитывать в расчетах деталей на

выносливость.

Снижение прочности детали, большей по размерам, чем образец (предел выносливости которого известен), может быть учтено введением масштабного коэффици­ ента у.

Коэффициент у равен отношению предела вы­ носливости образца диаметром 10 мм, геометрически по­ добного рассчитываемой детали, к пределу выносливости детали заданных размеров. Для полированной детали без концентратора напряжения

у = JL1

где а-] — предел выносливости полированного образца диаметром 10 мм;

aij — предел выносливости полированной детали.

Аналогично для детали с надрезом (или любым дру­ гим концентратором)

* Следует указать, однако, что в результате проведенных опы­ тов наличие масштабного эффекта обнаружено и при отсутствии поверхностного наклепа, который снимался путем длительного от­ жига в вакуумной печи [6].

55

где и — пределы выносливости образца

и детали, имеющих подобные концентраторы напряже­

ний.

Ориентировочные опытные значения коэффициентов 7 и tj-K приведены на рис. 30 ,* из которого следует, что масштабный фактор проявляется резче при наличии

концентрации напряжений и для легированных сталей.

Рис. 30. Влияние абсолютных размеров на предел выносли­ вости при изгибе: 1 —углеродистая сталь при отсутствии кон­

56

весьма малочисленны, что сильно затрудняет учет мас­ штабного фактора в расчетной практике. Если же коэф­

При этом предполагается, что качество поверхности об­ разца и детали одинаково.

в) Влияние технологии обработки и .сборки на предел выносливости детали

Выносливость деталей машин в большой степени за­

висит от качества их изготовления и сборки. Эта зави­ симость обусловлена тем, что технологические процессы изготовления деталей и сборки узлов порождают ряд

Рис. 31. Влияние чистоты обработки и

коррозии на величину предела выносли­

факторов, влияющих на выносливость детали. Сущест­ венное влияние на предел выносливости оказывают вид

и режимы механической обработки (обточки, шлифовки или полировки), а также проведение технологических

упрочняющих процессов.

57

зочные масла (МС и др.). Снижение выносливости металла под влиянием таких химически неагрессивных,

но адсорбционно активных сред, называется адсорб­ ционной усталостью.

3. Химически агрессивные среды, в которых сниже­ ние предела выносливости в значительной мере обуслов­ ливается химическим воздействием среды на металл.

Примером таких сред является вода -и водные растворы.

Совокупное воздействие этих сред на деталь обуслов­ ливает так называемую коррозионную уста­ лость.

Ее влияние проявляется в гораздо большей степени,

чем влияние адсорбционной усталости. Так, предел вы­ носливости детали, работающей в морской воде, снижа­ ется в 2—4 раза (см. рис. 31).

Резкое снижение выносливости стали и цветных ме­ таллов в условиях коррозии объясняется тем, что у них под действием переменных нагружений разрушается не­

видимая пленка окислов.

Кроме того, разъедание металла в условиях коррозии происходит, по-видимому, неравномерно, с образовани­ ем микроскопических рытвин, играющих роль поверх­ ностных концентраторов и дающих начало трещине.

Усталостная трещина при этом зарождается при меньших напряжениях и развивается с большей скоро­ стью; кривая усталости и для сталей не имеет горизон­ тального участка. Предел выносливости с увеличением

N все время уменьшается, а поэтому в этих случаях можно определять лишь ограниченные пределы вынос­ ливости, отвечающие определенной базе.

Это понижение характерно и для нержавеющих ста­

ов > 40 кг/мм? коррозионный предел выносливости поч­

ти не повышается. Так из рис. 32 видно, что при корро­ зии в воде для всех испытывавшихся сталей (углероди­ стых, никелевых, хромоникелевых и хромомолибдено­

вых), почти независимо от их статической прочности,

59

ления). Это смыкание происходит до тех пор, пока микрощели не превзойдут некоторого предельного размера и пока их внутренние поверхности остаются не загрязненными и не окисленными.

детали в адсорбционно активной среде микрощели будут раскры­ ваться больше, а линии сдвигов в таких условиях будут превращать­

ся в усталостную микротрещину при заметно меньших внешних воз­ действиях.

Опыты Г. В. Карпенко, проведенные на образцах из конструк­ ционных хромистых сталей, полностью подтверждают сказанное. Образцы испытывались чистым изгибом при вращении (см. рис. 4).

База испытаний — 10 млн. циклов.

Для образцов из стали 40Х, прошедших различную термообра­

чем тверже сталь после термообработки, тем больше снижение пре­

Кривые усталости, полученные при испытаниях в поверхностно­ активной среде (в масле), аналогичны кривым, полученным при испытании на воздухе: при М = 1 4- 4 млн. циклов и те, и другие переходят в ярко выраженный горизонтальный участок, но первые всегда ниже вторых.

При коррозионной усталости кривая усталости, как уже ука­ зывалось, не имеет асимптоты (хотя =20.106 циклов) и все

время снижается, т. е. в этом случае предел выносливости зависит от времени пребывания испытуемой детали в среде, а значит за­ висит и от частоты нагружения детали (см. § 9, п. а).

Таким образом, форма кривой усталости характеризует влияние

среды на выносливость- и позволяет различать коррозионную и ад­ сорбционную усталость.

При проведении испытаний в ряде случаев может оп­ ределяться обобщенный коэффициент 8, учитывающий одновременно влияние и технологических, и эксплуата­ ционных факторов. Если величины этого коэффициента и коэффициентов Р и f известны, то, зная величину предела выносливости полированного образца, можно

определить и предел выносливости натурной детали:

ДЛ .-г— ----------

—1 р-у-8

61