ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Практические примеры разрушения при переменных нагрузМеханизм появления и развития трещин усталости из "Сопротивление материалов Издание 13 " Приведённые выше данные о величине предела выносливости получены, как правило, при испытании образцов малого диаметра, от 7 до 10—12 мм. В последнее время начали определять предел выносливости на образцах большого диаметра, до 40—50 мм. Существуют машины для испытания на усталость осей подвижного состава в натуральную величину, позволяющие испытывать оси диаметром 150 и даже 300 мм. [c.745] Эти опыты показали, что, во-первых, результаты, получаемые для отдельных образцов такого большого размера, дают очень значительный разброс точек при попытке определить предел выносливости по методу, данному на фиг. 616, во-вторых, предел выносливости, хотя и не очень точно определённый вследствие разброса данных эксперимента, всё же оказывается для больших образцов ниже, и иногда значительно ниже, чем для малых. Это снижение особенно имеет место для легированных сталей на предел выносливости углеродистых сталей влияние абсолютных размеров значительно слабее. [c.745] Все эти соображения, однако, являются лишь некоторыми предположениями. [c.746] После того как установлены все обстоятельства, характеризующие явление разрушения при переменных нагрузках, следует рассмотреть некоторые практические случаи подобного вида поломок. [c.747] К более тонкой вместо плавного перехода галтелью дан ступенчатый переход с грубыми рисками от резца. Трещина усталости начинается с наружной поверхности и имеет кольцеобразную форму. [c.748] Материал оси вполне удовлетворителен на это указывает и весьма малая площадь зоны мгновенного излома. [c.748] На фиг. 633 показан продольный разрез другого конца этой же оси, ещё не успевшего сломаться ясно видны трещины усталости. [c.748] Интересно отметить, что оси, излом одной из которых изображён на фиг. 632, не давали трещин усталости, когда они изготовлялись из более мягкой стали (о 40 кг1мм даже при той же конфигурации. Здесь сказывается различная чувствительность этих сталей к местным напряжениям. [c.749] На фиг. 634 показаны трещины усталости, начавшие распространяться от отверстия для смазки в шейке коленчатого вала, работавшего на переменное (в разные стороны) кручение. Трещины идут под углом 45° к оси вала, перпендикулярно к главным напряжениям. [c.749] Наконец, на фиг. 638 показан пример трещины усталости, начавшейся от внутреннего фактора концентрации. Пустота или постороннее включение в головке рельса создали очаг местных напряжений, вызвавший постепенное развитие трещины, ослабившей сечение и приведшей к излому. На поверхности излома трещина имеет вид серебристого пятна. [c.750] Приведенных примеров достаточно, чтобы показать характерные черты изломов усталости. [c.750] Опыт показывает, что главную роль в образовании этих изломов играет не качество материала (обычно оно оказывалось вполне нормальным), а совершенно неправильная обработка детали, вызывающая весьма значительные местные напряжения. Гораздо реже могут быть случаи, когда плохое качество материала может обусловить появление трещины усталости при таком повреждении поверхности, которое при нормальном материале, может быть, и не вызвало бы излома. Нам известен случай излома оси вследствие наличия точки, выбитой острым керном на поверхности вагонной оси. [c.750] В заключение настоящего параграфа следует остановиться на том физическом процессе, который вызывает и заставляет развиваться трещину усталости. [c.750] При действии ВЫСОКИХ местных напряжений, вызванных тем или тшг фактором концентрации и обычно значительно превышающих предел текучести материала, в отдельных кристаллических зёрнах начшиются сдвиги, аналогичные тем, которые имеют место и при статическом растяжении. Разница заключается лишь в том, что при растяжении образца пластические деформации и явления сдвига в кристаллических зёрнах вызываются общими напряжениями, охватывают поэтому весь объём образца и растут в одном направлении при переменных нагрузках эти деформации происходят в пределах очень малого объёма, подвергающегося местным напряжениям, и происходят то в одном, то в противоположном направлениях. Поэтому они не оказывают заметного влияния на прочность образца в целом, но та часть материала, которая подвергается высоким местным напряжениям, постепенно проходит все стадии пластической деформации, которые испытывает материал всего образца, подвергающегося простому растяжению. [c.751] При каждом цикле изменения нагрузок пластически деформированная часть материала, попавшая в зону высоких местных напряжений, испытывает сдвиги то в том, то в другом направлениях каждый новый сдвиг происходит в другой плоскости, чем предыдущий, так как эти сдвиги сопровождаются упрочнением материала. По мере упрочнения пластически деформированный объём всё более приближается по своей жёсткости к упругому, окружающему его материалу, и в связи с этим берёт на себя всё ббльшую долю нагрузки. Это вызывает непрерывный рост фактических максимальных напряжений в рассматриваемом малом объёме материала при остающемся постоянном среднем (измеряемом) напряжении. В то же время это разгружает упругую зону, что влечёт за собой уменьшение её деформаций, а значит, и деформаций пластической части материала, заключённой внутри упругой зоны. [c.751] Таким образом, при переменных нагрузках происходит постепенный рост фактических наибольших напряжений перенапряжённого объёма материала, а в связи с этим постепенное затухание его деформаций. Если это затухание успеет закончиться раньше, чем фактические напряжения дойдут до величины разрушающего напряжения, материал не даст трещины мы будем иметь случай работы детали при напряжениях, лежащих ниже предела выносливости. В противном случае, если эти напряжения успеют сделаться равными разрушающему напряжению, возникает начальная трещина, у дна которой процесс повторяется и вызывает дальнейший рост трещины деталь работает при напряжениях, превышающих предел выносливости. [c.751] Физический процесс разрушения при переменных нагрузках по существу не отличается в общих чертах от тех явлений, которые имеют место при статическом растяжении. Это заключение подтверждается и современными исследованиями при помощи рентгеновских лучей механизма разрушения в обоих случаях. [c.751] Вернуться к основной статье