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

Обкатывание полностью компенсирует повышенную скорость роста трещин, обусловленную составом или структурой. С целью повышения предела выносливости и одновременного резкого замедления скорости роста тре­ щин целесообразно комбинированное упрочнение метал­ ла термической обработкой и обкатыванием (или другими видами поверхностного пластического деформирования). Закалка повышает механические свойства поверхностно­ го слоя материала, что приводит к более позднему за­ рождению трещин, тогда как обкатывание снижает ско­ рость роста трещин. В итоге повышаются оба предела выносливости: по трещинообразованию и по разрушению.

Наиболее сильные изменения механических свойств сообщает поверхностным слоям, например, высокочастот­ ная закалка, причем в этих слоях наводятся значитель­ ные сжимающие остаточные напряжения. Однако и в этом случае дополнительное упрочнение средствами по­ верхностного пластического деформирования оказывает­ ся весьма полезным. При низком отпуске высокочастот­ ная закалка повышает предел выносливости в местах прессовых посадок в 2,5—4 раза, с повышением темпе­ ратуры отпуска предел выносливости снижается. При по­ верхностном упрочнении более высокие механические свойства исходного материала и повышенное содержание в нем углерода положительно отражаются на общем эф­ фекте упрочнения, устойчивости остаточных напряжений и скорости роста трещин.

При консольном нагружении осей знакопеременным изгибающим моментом, создаваемым при неподвижной оси за счет центробежной силы неуравновешенного гру­ за, вращающегося со скоростью 1000 об/мин [69], ульт­ развуковое дефектоскопирование производили через каждые 106 циклов без остановки испытательной машины, что улучшало условия обнаружения трещин вследствие их раскрытия под нагрузкой. Предел выносливости по трещинообразованию нормализованных, а также упроч­ ненных обкатыванием образцов из осей диаметром 25 мм составил около 90% от предела выносливости по разру­ шению. Упрочнение повысило предел выносливости по начальному трещинообразованию и разрушению на 80%. Предел выносливости по разрушению у обкатанных осей диаметром 184 мм в 2,5 раза выше, чем у неупрочненных. В то же время предел выносливости по трещи-нообразо-

183

ваншо составил у упрочненных натурных осей 62,5% от предела выносливости по разрушению (рис. 86). Оси из стали 40Х (закалка в масле, отпуск при 610—620° С, ох-

гоо(го)

150(15)

100(10)

50(5)

Рис. 8G. Результаты усталостных испытаний осей диаметром 200 мм, запрессованных в ступицы колес:

/ — кривая выносливости по разрушению для осей, упрочненных обка­ тыванием; 2 — к р и в а я выносливости (для тех ж е осей) по образованию трещин, не приводящих к излому; 3 — т о же, что /, для неупрочненных осей

184

При исследовании циклической прочности железнодо­ рожных осей в зоне посадки колеса установлено, что для

сти роста трещин следует учитывать, что в связи с более

высоких напряжениях и потому усталостные трещины в таких образцах распространяются более интенсивно, чем в крупных образцах или деталях. При сравнительно низких предельных напряжениях усталостные трещины в больших образцах продвигаются медленно, часто с ос­ тановками. У крупных образцов скорость роста усталост­ ных трещин заметно снижается с повышением концент­ рации напряжений. При одинаковых амплитудных зна­ чениях циклических напряжений продолжительность

инкубационного периода /Ѵт, как правило, уменьшается по мере роста ширины плоского образца.

Влияние ширины рабочей части образца на распрост­ ранение усталостных трещин, начинающихся от отвер­ стия в центре образца, изучено на листовых алюминие-

l/w

I

OA

о.зу

0,2

вых сплавах Д16АТ и В95 толщиной 3 мм [70]. Ширина

дом электрического импеданса с точностью 0,1 мм. Ис­

растает с увеличением ширины образца и длины трещи­ ны (рис. 89). Следует отметить, что анализ выполнен при одинаковых начальных напряжениях (номинальных) независимо от4 ширины образца.

Влияние ширины образцов из малоуглеродистой ста­ ли на скорость роста усталостных трещин при знакопо­ стоянном циклическом растяжении исследовано в весь­ ма широком диапазоне ад: от 2,5 до 250 мм [71]. Все об­ разцы имели одинаковые острые краевые надрезы глубиной 1 мм. При ширине образцов более 12 мм NT не изменяется (рис. 90), тогда как NK непрерывно растет,

186

так как увеличивается расстояние, которое должна прой­ ти трещина до разрушения образца. Однако за счет уве­ личения скорости роста трещин влияние ширины на NK постепенно уменьшается. Например, при напряжении

• UOOnn /15пГ/пп')

гоопп

степени двухосности. Поэтому естественно ожидать уменьшения скорости роста трещин с увеличением тол­ щины. Чаще всего подтверждается именно последнее предположение, однако есть и экспериментальные дан­ ные, противоречащие этому.

В некоторых работах не обнаружена связь между значениями показателя степени п в формуле роста Трещин

dl/dN » С (Л/О"

и толщиной ооразцов, тогда как в других установлено увеличение скорости роста трещин с уменьшением тол­ щины материала.

Сравнение скоростей роста трещин в образцах тол­ щиной 25,4 и 50,8 мм из высокопрочной Сг—Ni—Mo ста­ ли показало, что линия регрессии для образцов толщи-

і0Ы--о,і

ной 50,8 мм была параллельна полученной для образцов половинной толщины, но лежала ниже. При одинаковых значениях АК скорость роста трещин с увеличением вдвое толщины образцов возросла в ~1,5—2 раза [58].

При испытании на плоский изгиб образцов разного размера и формы установлено [72], что продолжитель­

пропорционально увеличению ширины образца, в то вре­ мя как при одном и том же исходном напряжении число циклов до разрушения мало зависит от ширины образца.

Влияние толщины сечения на скорость роста трещин исследовано на плоских образцах с глубоким щелевидным надрезом толщиной 25 и 50 мм из вакуумированной

188