ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние конструктивно-технологических факторов на предел выносливости из "Сопротивление материалов 1986 " Для расчета элементов машин с учетом влияния размеров детали как при наличии концентраторов напряжений, так и без них существуют специальные графики типа приведенных на рис. 587 (здесь шкала d — логарифмическая), полученные на основании экспериментов. Здесь кривая 1 соответствует детали из углеродистой стали без источника концентрации напряжений, а кривая 2 — детали из легированной стали (ав= 10001200 МПа) при отсутствии концентрации напряжений и углеродистой стали при наличии умеренной концентрации напряжений. Кривая 3 соответствует детали из легированной стали при наличии концентрации напряжений, а кривая 4 — любой стали при весьма большой концентрации напряжений типа нарезки. [c.669] Как показывают эксперименты, при увеличении диаметра до 150—200 мм снижение пределов выносливости образцов при ротационном изгибе (см. рис. 578) может достигать 30—45 %. Опытные данные свидетельствуют о малом влиянии абсолютных размеров на выносливость при однородном напряженном состоянии — растяжении — сжатии. При кручении, как и при изгибе, снижение пределов выносливости с ростом размеров детали проявляется в большей степени. Это следует отнести за счет влияния градиента напряжения. [c.669] Объяснение зависимости пределов выносливости от размеров сечений, как и других закономерностей и характеристик усталости, дают статистические теории усталости. Эти теории освещают вопросы изменения эффективных коэффициентов концентрации в зависимости от величин градиентов напряжений и абсолютных размеров. [c.670] Гипотезы, объясняющие ослабление эффективности концентрации напряжений по сравнению с тем, которое должно вытекать из распределения напряжений в упругой области, и зависимость коэффициентов k , kj от ряда факторов (размеров, свойств материала и т. д.), высказанные различными авторами, не позволяют пока вычислять значения этих коэффициентов для различных случаев расчетной практики исходя из первичных свойств металла. Поэтому для расчета деталей машин следует использовать экспериментальные данные, применяя в случае необходимости интерполяцию. [c.670] Что касается эффективного коэффициента концентрации при растяжении — сжатии, то его величина обычно равна или несколько превышает коэффициенты концентрации при изгибе (рис. 589 и 591). [c.671] Влияние состояния поверхности. В большинстве случаев поверхностные слои элемента конструкции, подверженного действию циклических нагрузок, оказываются более напряженными, чем внутренние (в частности, это имеет место при изгибе и кручении). Кроме того, поверхность детали почти всегда имеет дефекты, связанные с качеством механической обработки, а также с коррозией вследствие воздействия окружающей среды. Поэтому усталостные трещины, как правило, начинаются с поверхности, а плохое качество последней приводит к снижению сопротивления усталости. [c.671] Вредное влияние микронеровностей поверхности во многих случаях смягчается пластической деформацией, вызываемой в поверхностном слое механической обработкой и распространяющейся на некоторую глубину, зависящую от режимов резания и, в частности, от величины подачи. При грубой обточке она может достигать 1 мм и более, а при шлифовании и полировании измеряется сотыми долями миллиметра и микрометрами. Пластическая деформация поверхностного слоя может повысить предел выносливости на 10—20 %. [c.672] На предел выносливости существенное влияние оказывает коррозия. Это влияние будет различным в том случае, когда металл, подвергавшийся коррозии до испытания на усталость, не подвергается ей при испытаниях, и в случае, когда металл подвергается коррозии во время испытаний. В обоих указанных случаях, особенно во втором, коррозия вызывает резкое снижение пределов выносливости (до 70—80 %). При этом снижение предела выносливости при наличии коррозии тем более сильно выражено, чем выше предел прочности металла и чем больше последний склонен к коррозии. [c.672] Влияние коррозии при расчете можно учесть коэффициентом Рк, представляющим отношение предела выносливости а1 корродированного образца к пределу выносливости o i полированного образца, т. е. рк = ст- /а . Влияние коррозии в процессе испытания на предел выносливости стальных образцов при ротационном изгибе показано на рис. 593, где кривая 1 характеризует влияние коррозии в пресной воде при наличии концентрации н-апряжений 2 — в пресной воде при отсутствии концентрации или в морской воде при наличии концентрации 3 — в морской воде при отсутствии концентрации. [c.672] Причиной столь резкого снижеиия выносливости вследствие коррозии являются коррозионные повреждения поверхности, вы-зываюил,ие значительную концентрацию напряжений, а также ослабление сопротивления образованию трещин. [c.673] Уменьшить влияние состояния поверхности на усталость можно соответствующими технологическими методами обработки, приводящими к упрочнению поверхностных слоев. К числу таких методов относятся наклеп поверхностного слоя путем накатки роликом, обдувки дробью и 1. п. химико-термические методы — азотирование, цементация, цианирование термические - - поверхностная закалка токами высокой частоты или газовым пламенем. Указанные методы обработки приводят к увеличению прочности поверхностного слоя и созданию в нем значительных сжимающих остаточных напряжений, затрудняющих образование усталостной трещины, а потому влияющих па повышение предела выносливости. [c.673] При наличии концентрации напряжений помимо глубины слоя и его абсолютных размеров существенное влияние на эффект упрочнения оказывают уровень концентрации напряжений и градиент напряжений у поверхности. Эффект упрочнения растет с увеличением концентрации. [c.673] Влияние пауз. На предел выносливости имеют влияние паузы (перерывы в нагружении). При этом в одних случаях влияние пауз незначительно, в других число циклов до разрушения увеличивается за счет пауз на 15—20 %. Увеличение числа циклов тем больше, чем чаще паузы и чем они длительнее (последний фактор влияет слабее). [c.673] Влияние перегрузок. Влияние, перегрузок, т. е. нагрузок вьшде предела выносливости, это влияние зависит от характера перегрузки. При малых перегрузках до определенного количества циклов предел выносливости повьппается, при больших перегрузках после определенного числа циклов понижается. [c.673] Влияние тренировки. Если приложить к образцу напряжения немного ниже предела выносливости и затем постепенно повышать величину переменной нагрузки, то сопротивление усталости можно значительно повысить. Это явление, называемое тренировкой материала, широко используется в технике. [c.673] Упрочнение можно получить при сравнительно кратковременных тренировках (сюрядка 50 000 циклов), но значительных перегрузках. Опыты показывают, что если вначале действует меньшая, а затем большая перегрузка, то выносливость материала оказывается более высокой, чем в том случае, когда сначала действует большая, а затем меньшая перегрузка. [c.673] Влияние температуры. С повышением температуры предел выносливости обычно падает, а с понижением ее — растет как у гладких образцов, так и у образцов с концентраторами. [c.673] При повышенных температурах даже при очень большом числе циклов кривая усталости не имеет горизонтального участка. Так, для гладких образцов даже при 100 млн. циклов горизонтальный участок не наблюдается. Влияние концентрации напряжений с повышением температуры в общем уменьшается, однако для ряда сталей, по-видимому, опять-таки за счет физико-химических процессов чувствительность к надрезу сплава увеличивается. При температурах порядка 500—600 °С в стали начинаются процессы ползучести, имеющие место также и при переменных нагрузках даже при симметричном цикле. [c.674] При понижении температуры с 20 до —190 °С предел выносливости у некоторых сталей увеличивается более чем вдвое, хотя ударная вязкость их при этом понижается. [c.674] Это еще раз указывает на принципиальное отличие между усталостным и хрупким разрушениями путем отрыва при статических и ударных нагрузках. [c.674] Вернуться к основной статье