Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf

пульсмую нагрузку создавали падением груза 22 я (2,2 кГ) сч высоты 250 и 50 мм (напряжения приведены в табл. 11). Глубину трещин определяли по окисленной зоне излома, для чего на промежуточной ' стадии испытания образцы на­ гревали в печи до 450° С.

в особенности с увеличением ее размера все более уси­ ливается отрицательное влияние импульсной нагрузки. Приложение импульсной нагрузки сказывается на долго­ вечности сильнее, чем проведение испытаний с перегруз­ ками по трехступенчатому циклу (ступени — сплошные черные линии на рис. 61, огибающие осциллограмму).

Хотя природа влияния импульсного нагружения не раскрыта, несомненно то, что даже одноразовая импульс­

ная перегрузка вращающегося образца на стадии роста

125

трещины воздействует на последующий ее рост и окон­ чательное разрушение, сокращая усталостную долговеч­ ность.

В л и я н и е н е д о г р у з о к . В соответствии с новой концепцией эффект недогрузки или тренировки связыва­ ют с благоприятным изменением формы вершин нераз­ вивающихся трещин, независимо от природы возникнове-1

Рис. (il. Осциллограмма изменения напряжении при импульсном нагруженин

ния этих трещин. Указанная точка зрения получила оп­ ределенные экспериментальные доказательства в случае возникновения неразвивающихся трещин, как в резуль­ тате значительного снижения уровня действующих нап­ ряжений (трещины образовались при высоком их уров­ не), так и в результате действия напряжений ниже пре­ дела выносливости по разрушению, но выше предела выносливости по трещинообразованию (т. е. при прове­ дении тренировки с самого начала испытания). Меха­ низм этого явления, по-видимому, следующий. Когда уровень напряжений низок для возбуждения достаточ­ ной движущей силы, в вершине неподвижной трещины могут действовать сравнительно высокие напряжения, под влиянием которых произойдут благоприятные изме­ нения формы вершины. Действительно, металлографиче­ ски показано, что при недогрузках происходит скруглеиие вершины неподвижных трещин. Естественно, что ус­ талостная прочность материала, имеющего трещины со скругленными вершинами, будет выше, чем при острых трещинах, что и определяет повышение прочности в ре* зультате недогрузки; .

Что же происходит при отсутствии в материале н&- развивающихся усталостных трещин? Для алюминие­ вых сплавов, предел выносливости которых зависит dt'

126

базы испытания, трещины могут расти практически пріі любом напряжении, эффект тренировки недогрузками отсутствует. Даже в мягкой стали недогрузки не повы­ шают усталостной прочности, если амплитуда напряже­ ния настолько мала, что неразвивающиеся трещины не возникают. Аналогичные результаты дает и включение этапов недогрузки при двух- и многоступенчатых испы­ таниях. Следовательно, эффект недогрузок зависит от того, возможно ли при данном уровне напряжений воз­ никновение в материале неразвивающихся трещин.

Приведенное объяснение следует вероятно, рассмат­ ривать как дополнение к гипотезе влияния недогрузок, трактующей вопрос с позиции диффузии инородных атомов к вершине трещины, а также выборочного упроч­ нения наиболее слабых зерен, которая не дает удовлет­ ворительного объяснения многим экспериментальным фактам.

Исследование влияния предварительного циклическо­ го нагружения ниже предела усталости на долговеч­ ность стальных образцов привело Окабо и Китаоку к выводу о существовании оптимального размера уста­ лостных трещин, способствующих влиянию предвари­ тельного нагружения на усталостную прочность.

ГЛАВА V

ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА НА СКОРОСТЬ РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН

Для решения проблемы прочности и надежности выбор материала имеет не меньшее значение, чем обес­ печение рациональных конструктивных форм. По мере усложнения условий работы деталей изменяются крите­ рии оценки материала, определяющие его пригодность4 для тех или иных эксплуатационных условий.

При вероятности чисто усталостного разрушения на­ ряду с традиционными показателями конструктивного качества стали для циклически нагруженных деталей (предел выносливости и чувствительность к концентра­ ции напряжений) улучшение свойств материалов долж­ но идти по пути получения:

127

щин dljdN ;

в) повышенной сопротивляемости возникновения ус­ талостных трещин ІѴТ;

г) повышенной остаточной прочности при наличии более или менее развитых усталостных трещин.

Кроме того, в зависимости от частных условий долж­ ны, естественно, учитываться износостойкость, устойчи­ вость к коррозии, прочность при коррозии трения, при

мость стали хрупкому разрушению следует рассмат­ ривать как важнейшую характеристику качества мате­ риала.

Если детали работают в агрессивной среде и возмож­ но коррозионное растрескивание под напряжением, при разработке новых материалов для этих деталей допол­

А К в агрессивной среде.

Выбор материала на основе испытаний, позволяющих учитывать только момент возникновения трещин, может в некоторых случаях приводить к ошибочному заключе­

роста усталостных трещин и остаточной прочности, при­

128

Более того, влияние одних и тех же механических свой­ ств в различных работах представляется и как положи­ тельное, и как отрицательное; корреляционные статисти­

ясняется рядом причин, недостаточно учитываемых ис­

пришлось неоднократно упоминать на протяжении всей

Различия в скорости роста трещин, наблюдаемые в ма­ териалах с различными механическими свойствами при средних и отчасти высоких напряжениях, в значитель­ ной степени нивелируются при низких напряжениях, а статистические связи, устанавливаемые между механи­ ческими свойствами и скоростью роста трещин, опреде­ ленной при высоких напряжениях, не находят подтверж­ дения при учете скорости роста трещин при других уров­

При термической обработке большинства материалов снижение прочностных характеристик сопровождается повышением пластичности и вязкости, но в отдельных случаях этого не происходит. Поэтому учет только проч­ ностных или только пластических свойств может приве­

с т р у к т у р а , что искажает влияние чисто механическо­ го фактора. Далеко не безразлично, за счет какого фак­ тора и какого вида термической или иной обработки до­ стигнуто изменение механических свойств, т. е. очень

130