строение (557054), страница 37
Текст из файла (страница 37)
94. Изменение предела устилает» с уаелнчением числа нинлаа для з95 (с) н д>б (у) иых напряжений в упругой области бсь мс>а у(уз и условие, что трещины всегда приводят к усталостному разрушению. В действительности это случается крайне редко и в качестве меры чувствительности к надрезу вводится ве- бс)сс личина и = (К> — '1)/(К,— 1), которая в подавляющем большинстве случаев ( 1.
При наличии переменных нагрузок следует избегать таких эле- ббц арсу сглр сссгс' ментов конструкции, которые созо',мсур бо Мсур ДаЮт бОЛЫПУЮ КОНЦЕитРаЦИЮ НаПРЯ- рнс. 95 Соотношениепредела проч. женцй иапрцмср оетрЫХ вцутрсц аост» (па> я предела устасюсти (пи) н и х у > Л о В О та Е т \ С ) н й В В Ы с ( > К о ц а > т г „я л о а ( с ) и з а я н о о ( 3 ) с с У образна женных частях деталей и т. д Желательно также, чтобы поверхности детали были более гладкими, без рнсок и царапин. Чувствительность к надрезу связана также с масштабным фактором, т. е.
зависит от размеров изделия, поскольку в более крупных деталях абсолютное значение действующего на определенный объем напряжения (и>) выше, чем в деталях меньшего размера (па). Это можно пояснить с помощью рис. 93, на котором для образцов большого и малого диаметра без надреза (рис. 92, а) и с надрезом (рис. 90, б) показаны эпюры напряжений. Для некоторого объема (6) среднее значение напряжения больше для образца с большим диаметром. Чувствительнее к надрезам детали большего размера, так как среднее напряжение в слое 6 значительнее для более крупного образца (о', ~оа).
Этот вывод справедлив и для случая отсутствия надреза, но при наличии градиента напряжения, например, в условиях изгиба или кручения. Разницей соотношения упрочнения вследствие пластической >из деформации и разрушения из-за развития трещин можно объяснить разную статическую выносливость материалов, отличающихся пределом прочности (рис. 94). Высокопрочный алюминиевый сплав В95 сильнее теряет свои свойства с увеличением числа циклов, чем сплав Дтб, не обладающий столь высокой начальной прочностью. Подобное поведение высокопрочных сплавов влияет на их применение в конструкциях, подвергаемых знакопеременным нагрузкам. Получение высокой прочности не гарантирует высокого предела усталости, поскольку механизмы разрушения при однократном растяжении и при циклическом нагружении отличаются друг от друга.
В настоящее время гораздо проще получить материал с высоким значением прочности, чем с большой величиной предела усталости. Общая тенденция изменения этих характеристик для гладких и надрезанных образцов показана на рис. 95. Таким образом, увеличение прочности приводит к пропорциональному увеличению выносливости лишь до определенного предела и чем выше прочность материала, тем меньше приращение предела усталости.
Для конструкционных сталей невысокой и средней прочности отношение предела усталости к пределу прочности обычно колеблется в пределах от 0,45 до 0,55, а для высокопрочных сталей от 0,35 до 0,45. У алюминиевых и магниевых сплавов пределы выносливости составляют обычно 25... 40 о4 предела прочности, а у титановых сплавов это отношение равно 0,45. Состояние поверхности.
Поскольку разрушение детали начинается с поверхности, то состояние поверхностных слоев значительно влияет на предел усталости. Кроме того, воздействует на усталость наличие покрытий, остаточных напряжений, физические свойства поверхности. Окончательная механическая обработка поверхности (точение, шлифование, полирование) сильно изменяет сопротивление усталости.
Так, шлифование материалов с нивкой теплопроводностью приводит к возникновению в поверхностном слое остаточных растягивающих напряжений и сильному уменьшению усталостной прочности. И наоборот, при наклепе поверхности дробью или обкатке роликом появляются сжимающие остаточные напряжения, увеличивающие в 2 раза предел выносливости. Особенно хорошо действуют на выносливость некоторые виды химико-термической обработки: из-за появления остаточных сжимающих напряжений на поверхности и из-за большей стойкости к воздействию окружающей среды.
Так, после азотирования стали (8Х2Н4ВА предел выносливости возрастает с 540 до 700 МПа, а для надрезанных образцов с 230 до 520 МПа. Повышение температуры. Сопротивление усталости металлов понижается с повышением температуры, что объяснимо, если принимать во внимание связь между прочностью и усталостью. При анализе изменения сопротивления усталости необходимо учитывать возможность структурных превращений при повышенных температурах. Кроме того, с повышением температуры все больше 154 на процессы пластической деформации и разрушение влияет переползание дислокаций в соседние плоскости скольжения, а также усиливается роль границ в этих процессах. Изменяется и сам характер разрушения — внугризеренное разрушение, характерное для обычных условий испытания, переходит в межзеренное, начинающееся на стыке трех зерен или на порах, расположенных по границам.
В процессе усталостных испытаний при достаточно малых напряжениях поры формируются в местах встречи полос сколыкения с границами зерен, т. е. механизм разрушения аналогичен разрушению при ползучести. При больших напряжениях и низких температурах скольжение по границам зерен приводит к образованию клиновидных трещин, как и при ползучести. С повышением температуры и понижением напряжений механизм разрушения меняется в результате переползания дислокаций. При дальнейшем увеличении температуры доминирующим процессом становится скольжение по границам. Ввиду усиления роли диффузии при повышении температуры более существенной становятся влияние частоты нагружения.
Предел выносливости увеличивается с возрастанием частоты, а чем меньше частота, т. е. больше время воздействия одного цикла, тем меньше предел усталости. Повзучссть в Ллвтоаьвав врочвость Ползучесть материалов. При повышении температуры прочностные свойства металлических материалов падают, а пластические возрастают. Интенсивность разупрочнения для разных материалов различна. Определяемая при комнатной температуре прочность не позволяет оценить прочность материала при повышенных температурах.
Температура, приложенное напряжение, протекающая во времени деформация находятся в тесной зависимости и определяют работоспособность материала. Сопротивление процессам деформации и разрушения определяет жаропрочность материала. При действии высоких температур и длительного нагружения поведение материала в основном подчиняется диффузионным процессам.
Ползучестпь — зто пластическая деформация, нарастающая во времени, при постоянном значении температуры и напряжения. Ползучесть в определенных условиях наблюдается во всем диапазоне температуры: от температур, близких к абсолютному нулю, до температуры плавления. Наибольший практический интерес представляет высокотемпературная ползучесть, протекающая при температурах -ь 0,4 Т,„. Ползучесть — процесс термически активируемый, и скорость ползучести выражается уравнением: ~(- ьшят (12) где У, — скорость ползучести, представляющая собой отношение деформации ко времени, в течение которого она происходит; А— коэффициент для данных условий испытания, характеризующий структуру, характер дислокаций, выделений, энтропию и др, ЬН вЂ” энергия активации ползучести, т.
е. та энергия, которая необходима для осуществления пластической деформации; ?г— газовая постоянная; Т вЂ” температура. Зависимость деформации от времени испытания в условиях ползучести изображается кривой ползучести (рис. 96, и), которая автоматически записывается на специальных установках или строится по экспериментально полученным точкам. Кривая ползучести состоит из нескольких участков. Участок оа представляет собой упругую деформацию, возникающую в момент нагружения; аЬ вЂ” участок неустановившейся ползучести, где скорость деформации убывает (стадия 1); Ьс — участок установившейся ползучести, где деформация протекает с постоянной скоростью (стадия П); сИ вЂ” участок ускоренной ползучести, на котором скорость деформации нарастает и в точке Ы происходит окончательное разрушение (стадия П?).
Изменение скорости ползучести во времени показано на рис. 96, б. Развитие деформации на каждой стадии зависит от температуры, величины напряжения и внутренних структурных изменений в материале. На рис. 96, в показано как с повышением температуры ускоряются процессы ползучести, меняется характер кривых. Неустановившаяся ползучесть характеризуется значительной начальной скоростью деформации и постепенным ее замедлением с течением времени. На этом участке происходит перераспределение напряжений между зернами, имеет место более равномерное их нагружение. Деформация вначале происходит в объемах с минимальным значением энергии активации ползучести. Постепенно происходит исчерпание таких обьемов, и деформация переходит в объемы с большей энергией активации.
Начинает сказываться упрочнение материала за счет пластической деформации в результате накопления и торможения дислокаций. На этой стадии движение дислокаций и их взаимодействие сопровождается образованием дислокационных сеток, формируется ячеистая структура с более выгодным распределением дислокаций. При подходе ко второй стадии ползучести образование ячеек заканчивается. На стадии установившейся ползучести процессы упрочнения, связанные с торможением движения дислокаций и их накоплением, сбалансированы с процессами разупрочнения, вызванными явлениями возврата и рекристаллизации, частичной аннигиляцией и перераспределением дислокаций. Для высокотемпературной ползучести наиболее характерным механизмом движения дислокаций является переползание, т.
е. переход дислокаций в новые плоскости скольжения вследствие обхода ими имеющихся на пути препятст1Гй вий в виде упрочняющих фаз или непроницаемых границ (атомы экспраплоскости могут занимать вакантные узлы). В результате такого движения происходит разблокировка некоторых плоскостей скольжения, частичная аннигиляция дислокаций и их перераспределение. На рис. 97, а, б показано как, поглощая вакансии, укорачивается экстраплоскость, дислокация переходит из плоскости ? — 1 в плоскость 2 — 2, в которой нет такого скопления дислокаций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
