Трещины контактной усталости

Переменное нагружение Трещины металлической усталости трещины термической усталости трещины коррозионной усталости трещины контактной усталости [c.159]

Трещины контактной усталости. Особый вид разрушения представляют собой контактные усталостные выкрашивания, образующиеся на поверхности металлических деталей при многократном приложении контактных нагрузок и относительном возвратнопоступательном движении деталей. Поверхностные контактные разрушения - фреттинг-коррозия или контактная усталость - являются не полным разрушением, а сочетаниями многочисленных, часто очень мелких сколов. [c.164]

Выкрашивание рабочих поверхностей зубьев является следствием контактной усталости. материала. Оно выражается в появлении мелких трещин вблизи полюса зацепления, а затем в отрыве мелких частиц с поверхности зубьев. Нарушение сплошной масляной пленки приводит к задирам поверхности. В зацеплении появляются возрастающие динамические нагрузки, ускоряющие разрушение зубьев. Выкрашивание — характерный вид повреждения зубьев для закрытых передач. Для его предупреждения увеличивают твердость рабочих поверхностей зубьев, подбирают соответствующую смазку. [c.200]

При контактной усталости рабочих поверхностей зубьев зубчатых передач под действием касательных напряжений трещины начинают развиваться с поверхности, хотя при нормальных нагрузках, согласно теории Герца, зона максимальных напряжений находится ниже поверхности контакта. [c.94]

Согласно стандарту [71], контактная усталость — процесс накопления повреждений и развитие разрушения поверхностных слоев материала под действием переменных контактных нагрузок, вызывающих образование ямок выкрашивания (питтингов) или трещины и снижение долговечности изделия. [c.42]

Процесс контактной усталости отличается признаками, характерными для любого вида усталости (образование и постепенное развитие трещин, наличие в ряде случаев физического предела усталости, влияние концентрации напряжений, зависимость долговечности от нагрузки) и некоторыми индивидуальными. К иим относятся специфическое напряженное состояние при контактном нагружении, значительная пластическая деформация поверхностного слоя, явления трения и износа, протекающие параллельно с контактной усталостью, расклинивающая роль смазки, попадающей в трещины, а также некоторая условность критерия разрушения, связанная с тем, что контактно-усталостные выкрашивания в отличие от обычных усталостных разрушений приводят не к внезапным, а к постепенным отказам. [c.272]

Рис. 113. Разрушение детали при контактной усталости а — трещина в месте контактного повреждения. XS б—излом. Х7

Преимущественное развитие усталостных трещин происходит в поверхностных слоях, что обусловлено более ранним по сравнению с остальным объемом металла повреждением поверхностных слоев из-за более раннего накопления в этих слоях критической плотности дислокаций [83]. Поскольку процесс усталости во всей массе протекает неоднородно, то для изучения изменения свойств в процессе циклического нагружения необходимы характеристики, которые позволяли бы судить о процессах, происходящих в локальных объемах металла. В связи с этим при изучении усталостного разрушения широкое применение нашли методы измерения твердости и микротвердости, рентгеновского анализа, оптической и электронной микроскопии. Результаты этих исследований представляют большой интерес для выявления сходства и различия кинетики накопления структурных повреждений и разрушения в условиях объемного циклического нагружения и при фрик-ционно-контактной усталости, поскольку аналогичные методы исследования широко применяются при трении. Методы интегральной оценки структурных изменений, такие, как измерение электросопротивления (проводимости), внутреннего трения, магнитных свойств, несмотря на то что требуют специальной подготовки образцов и соответственно испытательного оборудования, также могут быть полезны для исследования процессов трения. [c.33]

Механизм влияния воды на снижение контактной усталости, по мнению авторов, состоит в следующем. Поверхностные микротрещины, образованные в условиях контакта при качении, действуют как тонкие капилляры. Смазочный материал заполняет эти капилляры, а растворенная в нем вода, конденсируясь в вершинах трещин, образует богатую водой фазу. Циклические напряжения, сконцентрированные у вершины трещины, водная коррозия и водородное охрупчивание действуют совместно, увеличивая скорость роста трещины. Вода может привести к образованию небольших коррозионных повреждений, которые становятся концентраторами напряжений. [c.142]

Под действием переменных контактных напряжений, превышающих некоторый предельный диапазон, в наиболее напряженной зоне поверхностного слоя образуется трещина, дальнейшее изменение которой определяется общими условиями в контакте. В основе генезиса трещины лежит тот же процесс, что в обычном усталостном. Л. Б. Эрлих выдвинул особую концепцию механизма контактных разрушений (см. гл. 14, п. 2). Специфичность процесса контактной усталости заключается в значительно большем уровне действующих напряжений сжатия, в тепловыделении от внешнего трения, в наличии двух тел и промежуточной среды между ними, активно участвующей в процессе и в роли микронеровностей как концентраторов напряжений. [c.245]

Микроскопическое исследование показало, что в отличие от разрушения стали и других металлов при контактных нагрузках разрушение хромового покрытия начинается с появления на его поверхности сетки трещин. Сетка на гладком непористом хроме обнаруживается под микроскопом уже после первого миллиона циклов нагружения, независимо от толщины слоя хрома. По мере увеличения числа циклов нагружения ширина трещин увеличивается, и могут возникнуть первые язвинки, чаще всего на пересечении трещин или у их границы. Язвинки могут сливаться и образовывать области разрушения. При малой прочности стального основания (стали 45 и 25) и больших контактных нагрузках может происходить пластическое деформирование (раскатывание) рабочей поверхности, при этом в образовавшиеся трещины затекает основной материал. На более твердом основании затекания материала не происходит. Возникшие трещины развиваются в основном материале под слоем хрома, параллельно покрытию. На рис. П48 показаны шлифы стальных образцов после работы их на контактную усталость. [c.361]

Усталостное изнашивание появляется в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц на поверхности трения или на ее отдельных участках. Этот вид изнашивания часто называют контактной усталостью, питтингом, осповидным износом. [c.33]

При испытаниях деталей на долговечность в стендовых условиях ускорение, в частности, может быть достигнуто более интенсивным развитием повреждения, чем в эксплуатации. Обязательным условием при этом является получение характера разрушения, аналогичного эксплуатационному, что достигается сохранением диапазона измененных режимов испытаний в критической области, ограничивающей сферу физического принципа разрушения. Например, известно, что чрезмерное форсирование нагрузок при испытаниях зубчатых передач, подверженных разрушению поверхностного слоя от контактной усталости, приводит к иному характеру разрушения — усталостной трещине у основания зуба до того, как появились повреждения поверхности. [c.166]

Подвергаясь высокому давлению, масло развивает трещину до тех пор, пока не произойдет выкрашивание частиц металла (рис. 1Л1, г). Такой вид разрушения рабочих поверхностей называют усталостным выкрашиванием (контактной усталостью). [c.21]

Механику разрушения начинают использовать для анализа практически всех видов изнашивания, так как типичной ее задачей является описание образования и отделения фрагментов выкрашивания (частиц износа). Повышенная сложность задач механики контактного разрушения сдерживает развитие указанного направления, но применение численных методов позволит разрешить большинство возникающих проблем. Некоторые модели изнашивания, основанные на подходах механики разрушения, описаны в наших работах [9,11] повреждение при скольжении поверхностей, появление ямок питтинга и изнашивания отслаиванием, зарождение и развитие трещин фреттинг-усталости. [c.636]

Основными причинами выхода из строя бандажей и колес являются продольные расслоения, выщербины и поперечные трещины. Образующиеся в процессе эксплуатации выщербины связаны с трещинами, появляющимися в результате нагрева при торможении в условиях скольжения колес юзом (высокоуглеродистые колеса) нли с явлениями контактной усталости материала. Продольные расслоения и поперечные трещины часто бывают результатом грубых дефектов металла (остатки усадочной рыхлости, пористость, крупные включения и шлаковые прослойки). [c.703]

Контактная усталость наблюдается в виде контактного выкрашивания, которое наиболее характерно проявляется хфи скольжении или многократном соударении двух тел. Повреждения имеют характер питтинга. Причиной зарождения усталостных трещин в ПС являются касательные напряжения, поэтому развитие усталостных трещин совпадает с направлением действия касательных напряжений. Силы трения на контактирующих поверхностях увеличивают касательные напряжения. Нормальные напряжения на контактных площадках имеют максимальное значение на поверхности контактирующих тел, касательные же напряжения достигают максимальной величины на некоторой глубине от поверхности. Очагами микротрещин контактной усталости чаще всего бывают неметаллические включения и другие дефекты ПС. [c.81]

При движении зуба в плоскости зацепления линия контакта перемещается в направлении от / к <3 (рис. 8.27, б). При этом опасным для прочности может оказаться положение I, в котором у зуба отламывается угол. Трещина усталости образуется у корня зуба в месте концентрации напряжений и затем распространяется под некоторым углом р,. Вероятность косого излома отражается на прочности зубьев по напряжениям изгиба, а концентрация нагрузки q — на прочности по контактным напряжениям. [c.126]

Усталостное разрушение (выкрашивание) рабочих поверхностей зубьев — основной вид разрушения зубьев закрытых передач. Возникает под действием переменных контактных напряжений Оц, вызывающих усталость материала зубьев. Обычно разрушение начинается вблизи полюсной линии на ножках зубьев, где возникает наибольшая сила трения, способствующая образованию микротрещин. При перекатывании зубьев масло запрессовывается в трещины и, находясь под большим внешним давлением, вызывает выкрашивание частиц металла (см, рис, 3,3), На поверхности зубьев образуются раковины (рис, 3.103, а), нарушающие условия возникновения сплошной масляной пленки, появляется металлический контакт, что приводит к быстрому износу и задиру зубьев. [c.349]

При развитии трещины от реборды в направлении ступичной части диска процесс разрушения материала развивался по-другому. Разрушение материала в области многоцикловой усталости было реализовано только в пределах очага разрушения размером около 0,5 х 0,2 мм, который располагался на внутренней поверхности задней реборды на участке контактного повреждения от взаимодействия с втулкой проушины лопатки (рис. 9.16). Микрорельеф излома в очаге представлял собой сглаженные, пересекающиеся между собой фасетки внутризеренного разрушения материала. [c.482]

Металлографический анализ показал, что усталостные трещины зарождаются в контактных пятнах и на небольшой глубине в поле действия насадки они распространяются примерно под углом 45° к оси образца, а дальше — перпендикулярно к ней. Поскольку образование и развитие трещин в процессе усталости начинается в местах контакта сопряженных деталей, то на величину снижения выносливости образца под действием насадки должны также влиять твердость и модуль упругости материала насадки, которые определяют радиальные усилия и концентрацию напряжений в пятне контакта, а также критерий износостойкости. [c.144]

Выкрашивание возникает при гораздо меньших контактных напряжениях, если в процессе работы или приработки произойдёт заедание рабочих поверхностей. В результате интенсивного износа рабочих поверхностей, связанного с заеданием, поверхностный слой, в котором возникают трещины усталости, казалось бы, должен сработаться раньше, чем начнётся выкрашивание Однако опыты показывают обратное, а именно, что заедание поверхностей, несмотря на сопровождающий его износ, приводит к преждевременному выкрашиванию поверхностей. [c.252]

Рельсы железнодорожные широкой колеи типов Р75 и Р60 изготовляют по ГОСТ 24182—80 из мартеновской стали М76 (0,71—0,82 % С, 0,75—1,05 % Мп, 0,18—0,40 % Si, 0,035 % Р и 0,045 7о S), а более легкие типа Р50 —из стали М.74 (0,69—0,80 % С) После горячей прокатки все рельсы подвергают изотермической обработке для удале ния водорода с целью устранения возможности образования флокенов Рельсы поставляют для эксплуатации на желез ных дорогах незакаленными (сырыми) по всей длине и термоупрочненными по всей длине Концы сырых рельсов подвергают поверхностной закалке с прокатного нагрева или с нагрева ТВЧ Длина закаленного слоя от торца рель са 50—80 мм, а твердость закаленной части НВ 311—401 Сырые рельсы из стали М.76 должны иметь Ов ЭОО МПа и 6 4 % Технология изготовления рельсов должна гаран тировать отсутствие в них вытянутых вдоль направления прокатки строчек неметаллических включений (глинозема) длиной более 2 (группа I) и более 8 мм (группа II), так как подобные строчки служат источником зарождения трещин контактной усталости в процессе эксплуатации [c.257]

Итак, зарождение трещины явилось следствием воздействия на реборду диска вибрационных контактных нагрузок от втулки лопатки, так как диск с лопатками соединен шарнирно. Такое контактное взаимодействие диска с лопаткой последовательно привело к повреждению диска фреттинг-коррозией, снижению из-за этого усталостной прочности диска и зарождению в нем трещины мпогоцикловой усталости. При размерах трещины, равных 0,2 мм по поверхности реборды и 0,5 мм в глубину, ее развитие под действием контактных вибронапряжений прекратилось, так как глубина распространения этих напряжений от поверхности невелика. Мало также и раскрытие трещины под действием этих напряжений. Однако начальная трещина, являясь концентратором напряжения, увеличила напряженность материала диска в зоне ее расположения, что привело к ее дальнейшему развитию, но уже под действием нагрузок, отвечающих малоцикловой области. [c.483]

По критерию жесткости Е — модуль упругости) рассчитывают станины, корпусные детали машин, станков, валы коробок передач, шпиндели станков и т. д. Однако какими бы точными не были расчеты, только по ним нельзя судить о надежаости работы детали. Необходимы натурные испытания, т. е. испытания самих деталей как на специальных стендах, так и непосредственно в эксплуатации. Имея информацию о стойкости деталей, можно установить комплекс прочностных и других параметров, которые находятся Б наибольшей корреляции с эксплуатационными свойствами деталей машин. При установлении этих параметров кроме стандартных механических свойств (Пв, (То.а> ф, КСН) с учетом прокалива-е.мости стали должны учитываться работа распространения трещины КСТ, трещиностойкость К1с, предел выносливости а 1, а 1 , сопротивление контактной усталости, сопротивление износу и т. д. [c.314]

Рис. П48. Шлифы хромированных образцов после испытания на контактную усталость а — затекание основного металла в трещины хрома (основание — сталь 25) б — трещина вдоль слоя хрома в основном металле (основание — сталь 12Х2Н4А)

Наряду с абразивным в узлах трения ПТМ широко распространено усталостное изнашивание. Согласно усталостной (кумулятивной) теории изнашивания, предложенной И. В. Крагель-ским, этот вид изнашивания характеризуется многоактным нагружением единичных фрикционных связей вплоть до отделения частиц. Физическая модель износа при этом такова (рис. 27) при скольжении микронеровности А (индеитора) по контртелу Б возникает лобовой валик деформируемого материала. Схема напряженно-дефоркифуемого состояния в зоне впереди лобового валика материал сжат, а за микронеровностью, вследствие сил трения, — растянут. Таким образом, каждый элемент в зоне трения испытывает знакопеременное деформирование. Многократные его повторения приводят к накоплению повреждений под поверхностью металла, где образуются поры. Под воздействием напряжений они перерастают в трещины с отделением частиц износа (отслаивание) или образованием ямок на поверхности (выкрашивание). Усталостное изнашивание характерно для узлов трения, защищенных от попадания абразивных частиц, не подверженных коррозии и схватыванию, в частности для таких широко расцространенных узлов трения ПТМ, как зацепления закрытых зубчатых передач, подшипники качения, элементы опорно-поворотных устройств кранов, беговые дорожки крановых колес и др. В литературе этот вид изнашивания часто называют осповидным износом, контактной усталостью и питтингом. [c.79]

Износ подшипников качения в результате контактной усталости происходит вследствие постепенного нарушения межкристаллических связей, местных сдвигов кристаллической решетки в поверхностных слоях рабочих деталей подшипников под действием большого числа циклов повторно-переменных контактных напряжений при наличии жидкого масла, расклинивающего трещины и ускоряющего образование питтинга ( питтинг , от английского слова The pitt — яма). [c.297]

Рабочие поверхности колец, шариков и роликов подшипников качения испытывают в процессе работы высокие знакопеременные циклические нагрузки, постепенно приводящие к накоплению микропластических деформаций и к контактной усталости — к образованию трещин и шелушению. Качение сопровождается проскальзыванием катящихся шариков или роликов по кольцам, что вызывает интенсивное истирание. Высокие контактные нагрузки статического, динамического и вибрационного характера, которые испытывают подшипники качения, могут приводить к бринеллированию, т. е. к смятию рабочих поверхностей колец и тел качения и, следовательно, к разрушению деталей. В ряде случаев материал для подшипников качения должен обладать и высокими антикоррозионными свойствами. [c.1253]

Экспериментально установлено, что при качении со скольжением, например сО Г,>г),г,. сл . рис. 8.8, а), цилиндры / и 2 обладают различным сопры 1 Г лс1 ем устэлости. Это объяснястся следующим. Усталостные микротрещины при скольжении располагаются не радиально, а вытягиваются в иаправлении сил трения. При этом в зоне контакта масло выдавливается из трещин опережающего цилиндра 1 и запрессовывается в треш.ипы отстающего цилиндра 2. Поэтому отстающий цилиндр обладает меньшим сопротивлением усталости. Ускорение развития трещин при работе в масле не означает, что без масла разрушение рабочих поверхностей замедлено. Во-первых, масло образует на поверхности защитные пленки, которые частично или полностью устраняют непосредственный металлический контакт и уменьшают трение. При контакте через масляную пленку контактные напряжения уменьшаются, срок службы до зарождения трещин увеличивается. Во-вторых, при работе без масла увеличивается 1 итенсивность абразивного износа, который становится главным критерием работоспособности и существенно сокращает срок слу кбы. [c.104]

Рис. 13.2. Подтравливание никелевого гальванического покрытия на стали в результате контактной коррозии в 3 % растворе Na l (ХЮО). Трещина образовалась вследствие циклического нагружения при испьгганиях на коррозионную усталость [2а]

При вращении цилиндров под нагрузкой отдельные точки их поверхностей периодически нагружаются и разгружаются, а контактные напряжения в этих точках изменяются по прерывистому отнулево-му циклу (рис. 1.12, й). Каждая точка нагружается только в период прохождения зоны контакта и свободна от напряжений в остальное время оборота цилиндра. Длительное действие переменных контактных напряжений всегда вызывает усталость рабочих поверхгюстей деталей. В поверхностном слое возникают усталостные микротрещины. Если детали работают в масле , то оно проникает в трещины [c.28]

Переменные контактные напряжения вызывают усталость поверхностных слоев деталей. На поверхности образуются микротрещины с последующим выкрашиванием мелких частиц металла. Если детали работают в масле, оно проникает в микротрещины (рис. 180, а). Попадая в зону контакта (рис. 180, 6), трещина закрывается, находящееся внутри трещины масло сжимается в замкнутом пространстве, и в нем создается высокое давление, распирающее стенки трещины. При повторных нагружениях трещина все более увеличивается, отделяемая ею частица металла откалывается от поверхности, образуя раковину (рис. 180, в). Экспериментальные кривые, характеризующие стойкость материала в отношении усталостного выкрашивания, построенные в координатах контактное напряжение — число циклов нагружений (см. рис. 179, г), подобны обычным кривым выносливости (см. рис. 158). Базовому числу циклов Л но соответствует предел выносливости Offo, величина которого в основном зависит от твердости материала. По пределу выносливости определяют допускаемое напряжение, исключающее усталостное выкрашивание рабочих поверхностей. [c.214]

Оценка влияния состояния поверхности образцов после их упрочнения на относительную живучесть материала была проведена применительно к титановым сплавам ВТЗ-1, ВТ-8, ВТ-22 и ОТ-4, которые вгароко используются в элементах конструкции ВС и ГТД гражданской авиации [106]. Были рассмотрены различные режимы нанесения на поверхность круглых образцов слоя хрома, который используют для снижения контактных повреждений для вращающихся деталей. Разработанная технология нанесения слоя хрома включает в себя первоначально этап подготовки поверхности путем упрочнения ее шариками, а далее осуществляется электрохимическое осаждение слоя хрома различной толщины за один или несколько этапов [107]. Были рассмотрены ситуации изменения режимов хромирования по трем параметрам размеру шариков, используемых для упрочнения поверхности, температуре раствора и величине тока в процессе нанесения хрома также рассмотрено одно-, трех- и шестикратное хромирование. Испытания на усталость выполнены при растяжении и изгибе с вращением корсетных, круглых образцов диаметром в рабочей зоне 8 мм в диапазоне уровней напряжения 330-850 МПа. Длительность роста трещины определяли фрак-тографически после достижения глубины около [c.64]

Усталость металлов — снижение долговечности в результате появления трещин усталости и возможного в дальнейшем разру-игения под влиянием переменных, повторяющихся напряжений (растяжения, сжатия, изгиба, кручения, контактных напряжений). Такие напряжения возникают под действием изменяюпгихся во времени силовых нагрузок, тепловых или радиационных воздействий (термическая или радиационная усталость). [c.76]

Исследование закономерностей структурныхГизменений поверхностного слоя стали 45, испытанной на модели фрикционного контакта в интервале контактных давлений Oj < < НВ, выявило периодический характер накопления пластической деформации. Такой характер зависимости свидетельствует о периодическом упрочнении и разрушении поверхностного слоя путем образования микротреш,ин. По мере роста числа воздействий индентора количество микротрещин увеличивается, приводя в дальнейшем к отделению частиц износа. Из полученных результатов следует, что разрушение происходит при небольшом (единицы и десятки) числе воздействий индентора в условиях малоцикловой усталости. Как уже отмечалось, при циклической деформации все стадии процесса разрушения (пластическая, нластически-деструкцион-пая и стадия образования магистральной трещины) наглядно проявляются при построении зависимости типа (см. рис. 16). [c.67]

Газовое контактное хромирование при 1100°С в течение 2—20 ч не оказало существенного влияния на выносливость образцов из нормализованной среднеугперо-дистой стали. Предел выносливости хромированных и нехромированных образцов составлял 260-280 МПа. Сравнительно тонкие карбидные слои (до 0,010 мм) приводят к повышению предела выносливости образцов на 15—20 %. Рост трещины карбидного слоя вследствие увеличения выдержки, а также повышения температуры процесса снижает выносливость хромированной стали вплоть до выносливости нехромированной и даже ниже. Так, газовое контактное хромирование при 950°С обеспечивает возникновение сравнительно высоких остаточных напряжений сжатия (1200 МПа), повышает предел выносливости на 15—20 % (табл. 22), однако не приводит к повышению сопротивления коррозионной усталости стали 45 в 3 %-ном растворе Na I из-за точечной несплошности диффузионного слоя. Увеличение вы- держки при насыщении до 10 ч, несмотря на некоторое снижение остаточных сжимающих напряжений, привело к увеличению условного предела коррозионной выносливости с 50 до 100 МПа, что связано с удовлетворительной сплошностью карбидного слон, его высокими антикоррозионными свойствами. [c.175]

При вращении цилиндров под нагрузкой отдельные точки их поверхностей периодически нагружаются и разгружаются, а контактные напряжения в этих точках изменяются по прерывистому отнулевому циклу (рис. 8.8, г). Каждая точка нагружается только в период прохождения зоны контакта и свободна от напряжений в остальное время оборота цилиндра. Переменные контактные напряжения вызывают усталость поверхностных слоев деталей. На поверхности образуются микротрещины с последующим вык-рапшванием мелких частиц металла. Если детали работают в масле, то оно проникает в микротрещины (рис. 8.8, а). Попадая в зону контакта (рис. 8.8, 6), трещина закрывается, а заполняющее ее масло подвергается высокому давлению. Это давление способствует развитию трещины до тех пор, пока не произойдет выкрашивание частицы металла (рис. 8.8, в). Выкрашивание не наблюдается, если значение контактных напряжений не превышает допускаемого. [c.127]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...