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

диаметра центрального отверстия от 0,18 до 0,51 мм уменьшались значения Nr и Nv, хотя сс0 в образцах с от­ верстиями большего диаметра было несколько ниже. Микроструктурные исследования показали, что зона пла­ стической деформации пропорциональна диаметру отвер­ стия. Поскольку поля напряжений геометрически подоб­ ны, высокие напряжения простираются на больший объ­ ем материала и на большее число зерен вокруг отверстий большего диаметра. При одинаковом размере зерен уменьшается вероятность того, что направления сколь­ жения в зернах, окружающих отверстия небольшого диа­ метра, будут иметь оптимальную ориентацию. Одновре­ менно уменьшается и градиент напряжений у таких от­ верстий. Указанные обстоятельства, по-видимому, сыгра­ ли определенную роль в развитии усталостных процессов, обусловив их различную интенсивность у отверстий с - весьма малыми диаметрами.

2. ВЛИЯНИЕ ПРЕССОВЫХ ПОСАДОК

Резкое изменение условий работы материала, сопро­ вождающее рост трещины и существенно влияющее на скорость этого процесса, наблюдается в прессовых и бол­ товых соединениях, а также при свободной посадке дета­ лей без натяга, т. е. в тех случаях, когда сам принцип соединения обусловливает возможность хотя бы неболь­ ших или частичных перемещений сопрягаемых поверхно­ стей. Типичными узлами конструкций, работающими в таких условиях, являются места напрессовки колес, шки­ вов, муфт и подшипников на валы и оси; рельсовые бол­ товые стыки; многочисленная группа соединений с болто­ вой прйвалкой кронштейнов, упоров и подобных им де­ талей.

На возникновение трещин в указанных условиях ока­ зывают влияние контактные напряжения, касательные силы трения, коррозия трения и электроэрозионные про­ цессы: В то же время условия дальнейшего развития тре­ щин в местах напрессовок сравнимы с условиями разви­ тия трещин в образцах с надрезом, поскольку воздействие трения и коррозии трения после возникновения трещиньі прекращается (в этом одно из отличий от корро- зионно-усталостных испытаний, при которых коррозион*

177

мое воздействие сохраняется и после возникновения тре­ щины) .

Схематически изменение условий прочности в связи с изменением условий работы материала до и после воз­ никновения трещин при разных уровнях напряжений по мере нарастания числа циклов представлено на рис. 82, где А — условия, приводящие к росту трещины и разру­

шению (в момент встречи с кривой выносливо­ сти для образцов с надрезом) ;

В— условия, приводящие к появлению трещины (в момент встречи с кривой коррозионной вынос­ ливости) и дальнейшему торможению или оста­

новке развития последней; С — условия отсутствия трещин.

Указанная схема изменения прочности находит свое подтверждение в анализе механизма и кинетики развития

Nтрещин, развивающихся из новых очагов. Слияние

Рис. 82. Схематическое изменение ус­ трещин приводит к ихловий прочности в связи с изменением

увеличению и прогрессив­ ному росту.

Остановка в развитии трещин в подступичных частях осей объясняется

тем, что значительные касательные напряжения, способ­ ствовавшие возникновению и начальному развитию тре­ щин, затухают в тонком поверхностном слое. Для напря­ женного состояния характерен большой градиент напря­ жений в поверхностной зоне. Указанная особенность напряженного состояния наряду с большим влиянием касательных напряжений приводит к тому, что в началь­

ной стадии развития трещины идут наклонно под углом

70~75о (рисі 83) и лишь на некотором удалении от пѳ-

178

На развитии трещин по сечению, кроме уровня рабо­ чих напряжений, может сказываться расклинивающее действие продуктов износа поверхностного слоя.

Для изучения закономерностей развития трещин под напрессовками был использован ультразвуковой дефек­ тоскоп со специально сконструированным призматичес­ ким излучателем (щупом), скошенным под углом 30°, для направленной передачи в запрессованную часть оси им­

ся. Параллельно уменьшается площадь усталостной тре­ щины в изломе (табл. 29). При одних и тех же напря­

1Числитель — миллионы циклов, знаменатель — проценты.

Сростом ударной вязкости наблюдается увеличение площади усталостной трещины в изломе. Что же касает­ ся живучести, то несмотря на рост ударной вязкости с переходом от отжига (крупнозернистая перлитная струк­ тура) к нормализации (мелкозернистая перлитная струк*

180

та) наблюдается уменьшение живучести, хотя площадь усталостной трещины в изломе возрастает (рис. 85).

Таким образом, можно констатировать, что закалка повысила предел выносливости, но уменьшила разрыв между появлением трещины и разрушением. Закалка имеет неоспоримые преимущества перед нормализацией, когда достигается значительный выигрыш в пределе вы­ носливости. При сохранении неизменным уровня рабочих напряжений достигается также и выигрыш в скорости роста трещин. По площади же усталостной трещины в из-

181

Ломе не всегда можно судить о том, какова была живу­ честь У Ѵ ж образца или детали.

Динамика роста трещин в образцах с прессовыми по­ садками при напряжениях ниже предела выносливости по излому (табл. 31) приводит к выводу о заторможен-

Числитель — миллионы циклов, знаменатель — проценты.

ном развитии трещин в материале с крупным зерном и повышенной циклической вязкостью. Среднеуглеродистые стали с более крупным зерном обладают не только более высокой циклической вязкостью, но и меньшей чувстви­ тельностью к надрезу, благодаря сглаживанию пика на­ пряжений, возникающего в вершине надреза. Можно считать, что пластинки цементита в перлите являются естественными преградами для роста трещин, хотя эти пластинки находятся в кристаллохимической связи с твердым раствором основной фазы. Такой фактор, как общая пластичность стали без существенного повышения прочности не является определяющим для роста трещин, так как этот показатель у сорбитной структуры выше, чем у феррито-ггерлитной.

182