Файл: Циклическая прочность и долговечность бурового инструмента..pdf

ции происходит скачкообразное изменение пластичности, отож­ дествляемое на диаграмме с лезвием пилы. Установлено, что это явление возникает вследствие резкого динамического упроч­ нения старением межзеренных слоев сплава. Эффект Баушингера наиболее известное явление, которое заключается в необ­ ратимом процессе снижения предела упругости в полуцикле сжатия образца после того, как было предварительно произве­ дено растяжение его в полуцикле растяжения. Линии Чер­ нова — Людерса это микро и макроскопические полосы сколь­ жения, появляющиеся в поверхности деформируемого сплава при достижении определенной степени деформации. И, наконец, эффект Френча состоит в том, что в сплавах и сталях в процессе нагружения закономерно нарастают необратимые повреждения структуры с плотностью, близко отвечающей линейному закону. Говоря иначе, линии Френча, совмещенные с диаграммами усталости, четко определяют уровень и предел повреждений при данном нагружении и показывают границу начала образования микротрещин усталости. Огромная заслуга наших ученых за­ ключается в том, что они определили общность природы указан­ ных выше эффектов и показали, что она непосредственно свя­ зана с так называемым физическим пределом текучести и фи­ зическим пределом усталости. Данные физические критерии показывают, что в металлах к моменту достижения предела текучести в псевдоупругой области образуется стабильная уп­ рочненная пленка, соизмеримая с размером зерна. Таким обра­ зом, перенося это явление на усталость можно утверждать, что, если в процессе роста трещины на ее контуре соблюдено усло­ вие наличия физического предела текучести, то дальнейшее развитие трещины должно быть затруднено. В противном слу­ чае процесс упрочнения металла на кончике трещины проходит стадию разупрочнения. Металл насыщается согласно эффекту Френча предельной плотностью повреждений (правомерно утверждать и дислокаций), что приводит к дальнейшему под­ растанию трещины, когда разрыхленный объем металла с очень низкой вязкостью разрушения не способен больше оказывать сопротивление интенсивности внешнего силового воздействия (напряжений).

Исследованиями, выполненными в последние годы в области усталости, показано, что необратимые процессы в металле, вы­ званные упомянутыми выше пластическими .явлениями, в зна­ чительной степени усложняются необратимыми структурными превращениями. И здесь прежде всего следует акцентировать внимание на выделении со временем в процессе нагрузки какихлибо структурных компонентов в стали или, напротив, распад их на составляющие. Таким образом, пластические и структурные видоизменения в металле, подверженном знакопеременному на­ гружению, свидетельствуют о высокой вероятности разрушения

19

данного металла, в связи с чем требуется разработка методов, замедляющих этот процесс или, как принято говорить, необходи­ мо повышать предел его усталости.

г) Предел усталости.

Данный критерии является весьма важной технической ха­ рактеристикой материала, ио далеко не его константой. В этом плане в инженерной практике часто возникают необоснован­ ные толкования и прогнозы о долговечности, подверженной зна­ копеременной нагрузке конструкции, когда используют в каче­ стве основного расчетного элемента предел ограниченной уста­ лости пли даже предел усталости. Часто в эти термины вклады­ вают адекватный смысл, не понимая того, что предельная оцен­ ка усталости есть лишь условная характеристика, которая оце­ нивает живучесть материала при определенных условиях. Как справедливо отмечает Форрест, что, хотя и может быть получен выраженный предел усталости, все же большинство металлов и сплавов предела усталости не имеют. Отсутствие конкретного значения предела усталости реального металла можно объяс­ нить, если привести для этого доказанные выше постепенные упрочняющие изменения в структуре этого металла, происхо­ дящие от циклического напряжения. Очевидно, пределом уста­ лости можно считать тот уравновешивающий предел, который достигается, если металл, наконец, способен затормозить по­ вреждающий эффект от внешних напряжений. Но как раз этого случая конкретно и точно уловить не всегда представляется возможным, т. к. все пластические и структурные необратимые явления в металле протекают в зависимости от многих пере­ менных, зачастую не связанных друг с другом. Кроме того, по своей статистической природе усталостное разрушение сугубо вероятностный процесс, поэтому оценивать его количественную сторону пока можно только с позиций какого-то определенного параметра с допущением заведомо ограниченных условии. По нашему мнению, целям такого параметра и отвечает существую щий сейчас и широко используемый термин предел устало сти.

Имеются различные методы определения пределов усталое ти металлов. В общих чертах они делятся на два способа: мят кий, когда плавно варьируется силовая нагрузка, т. е. напря жение, и жесткий, когда изменяется ^амплитуда (размах илі степень) деформации. В том и в другом случаях серии образ цов испытываются от какого-то исходного значения напряже ния или деформации с постепенным их изменением (уменьше пнем в случае мягкого способа и, наоборот, увеличением в слу чае жесткого) до заранее установленного базового числа цик лов. При этом, когда уровень напряжений или деформаций от высоких исходных значений до конечных, приведших к разру шению образца, изменяется незначительно, испытание материа­

20

нагружении этой группой ученых ведется многопланово, как в отношении дальнейшего совершенствования методов ударно­ циклических испытаний на базе создания новых испытательных машин, так в направлении изучения природы и процесса удар­ ной усталости. Так, например, ими изучено влияние характера и вида ударного нагружения на усталость углеродистых и леги­ рованных сталей, а также влияние технологических, структур­ ных, конструктивных и прочих факторов на кинетику ударно­ усталостного разрушения.

д) Влияние среды на усталостное разрушение металлов.

Коррозионные среды значительно усложняют и в общем-то ускоряют при прочих равных условиях усталостное разрушение металлов. Считаются наиболее авторитетными три теории кор­ розионной усталости, приверженцы и авторы которых не всегда сходятся в единых мнениях по поводу толкования тех или иных ньюансов коррозионного воздействия на металл. К ним относятся:

1.Электрохимическая теория (Эванс, Акимов Г. В., Рябченков А. В., Гликман Л. А., Томашов Н. Ю., Романов В. В.).

2.Адсорбционно-электрохимическая теория (Ребиндер А. П., Карпенко Г. В., Горюнов Ю. В.).

3.Пластическая теория (Веденкин С. Г., Синявский В. C.). Электрохимическая коррозия базируется на изменении элек­

тродного потенциала участка металла с повышенным значением напряжений. Движущим трещину фактором в этом случае яв­ ляется циклическое изменение полярности полюсов корпуса де­ тали (берега трещины) и вершины трещины, что создает в бук­ вальном смысле постоянный отрыв или вымывание все новых частиц металла из трещины и тем самым создает условие ее продвижения. Увеличивающаяся с длиной трещины концентра­ ция напряжений дополнительно усугубляет процесс.

Теория адсорбционно-электрохимической коррозии включает положения электрохимической коррозии в плане протекания электрических явлений в полярной паре корпус детали — вер­ шина трещины. Однако в основе ее используются и силовые принципы, базирующиеся на адсорбционно-расклинивающем эффекте Ребиндера А. П. Роль этих сил сводится к увеличению растягивающих напряжений в микроскопическом устье трещи­ ны, что ускоряет процесс разрушения, сначала в масштабе меж­ атомного сочленения, а затем и в макромасштабе.

скорость протекания разрушения, в этой теории является по­ вышенная активность пластического скольжения частиц (зерен) металла относительно друг друга. Это происходит за счет сма­ зывающего действия жидкой среды, которая, обладая высоки­

22