Усталостная прочность металлов
1. Усталостная прочность металлов
Усталостью называют приводящий к появлению и развитию трещин, а затем к полному разрушению тела процесс изменения состояния и свойств материала под действием повторно-переменных напряжений.
Установлено что в поликристаллическом теле, каким является большинство конструкционных материалов, в отдельных неблагоприятно ориентированных зёрнах даже при небольших амплитудах напряжений возникает циклическое скольжение по плоскостям скольжения кристаллитов. Вследствие циклического скольжения возникают разрыхления, накопление дефектов типа дислокаций, вакансий и др., приводящих после определённого числа циклов к появлению трещины в одном или нескольких зёрнах. В последующем трещины объединяются в одну микроскопическую трещину, которая начинает развиваться. После того, как трещина распространится на значительную часть сечения, происходит внезапное разрушение.
Образование первых следов сдвига начинается, как правило, на поверхности вследствие облегчённых условий деформирования зёрен в этой зоне и наличия концентрации напряжений от микронеровностей поверхности. У пластичных материалов меньше скорость развития и распространение трещин, чем у хрупких. Существенное влияние на скорость развития трещин могут оказывать такие факторы, как концентраторы напряжений, размер детали, температура, коррозионные среды и др.
Под живучестью понимают долговечность работы деталей в условиях эксплуатации в период от момента появления первой макроскопической трещины длиной 0,2 … 0,5 мм до окончательного разрушения. Появляющиеся в процессе изготовления детали дефекты можно рассматривать как некоторые эквивалентные трещины по их влиянию на прочность и долговечность. Развитие методов оценки циклической трещиностойкости и выявление закономерностей развития усталостных трещин позволяет разрабатывать критерии выбора материалов, обеспечивающих наибольшую надёжность и долговечность при наименьшей металлоёмкости.