Усталость железа

Рис. 52. Влияние частоты циклического нагружения на характеристики усталости железа (а) и меди (б)

На основании этих данных авторы пришли к выводу, что пары воды не оказывают существенного влияния на сопротивление усталости железа, а основным фактором, влияющим на долговечность, является кислород. Даже низкая долговечность железа в присутствии инертных газов объясняется примесью в них сотых долей процента кислорода. Косвенным подтверждением этого предположения является тот факт, что при изменении давления кислорода от атмосферного до 133 Па долговечность образцов из армко-железа практически не изменяется. [c.102]

С явлением усталости железа особенно приходится считаться в тех случаях, когда благодаря резким изменениям сечения или благодаря ослаблениям сечения отверстиями можно ожидать возникновения значительных местных напряжений. Вредное влияние оказывают переменные усилия также и на заклепочные соединения. [c.393]

Авторы формулы (3) оставляют вопрос усталости железа в стороне и исходят из соображений относительно степени достоверности в определении усилий, вызываемых подвижной нагрузкой. Основываясь на совершенно правильном положении, что напряжения, вызываемые подвижной нагрузкой, известны нам с гораздо меньшей достоверностью, чем напряжения от постоянных сил, и что они наверное больше напряжений, которые та же нагрузка вызвала бы при статическом действии, авторы формулы (3) предлагают при определении сечений стержней множить усилия, вызываемые подвижной нагрузкой, на некоторый коэффициент приведения (ударный коэффициент) 1+а, больший единицы. Сравнивая действие подвижной нагрузки с действием внезапно приложенной силы, заключают, что величина коэффициента а должна зависеть от продолжительности того промежутка времени, за который происходит в рассчитываемом стержне изменение усилия от к Чем [c.394]

ДОЛЖНЫ были независимо от того принять во внимание и другое неблагоприятное влияние подвижной нагрузки,— возможность явления усталости железа вследствие колебания усилий. Это обстоятельство ими учитывалось путем уменьшения допускаемых напряжений для сжато-вытянутых частей. Другая группа авторов, предлагавших формулы вида (3), желая ограничиться лишь одной этой формулой, должна была так распорядиться коэффициентом а, чтобы одновременно учесть оба неблагоприятных обстоятельства и динамичность нагрузки и усталость железа. При этом а получается или медленно меняющимся, как у профессора Г. Н. Соловьева i), или даже постоянным, как в обычной формуле у Л. Ф. Николаи ), и формулой (3) учитывается главным образом усталость железа, а не динамичность подвижной нагрузки. [c.406]

Итак, при рационально построенной формуле (3) приходится отдельно считаться с усталостью железа и вводить дополнительное уменьшение напряжений для сжато-вытянутых частей ). [c.406]

Чтобы устранить это повторное понижение допускаемых напряжений, затрудняющее логическое обоснование входящих в формулы постоянных, и в то же время не пользоваться формулой (3) с мало-изменяющимся коэффициентом а, так как при этом 1+а перестает играть роль ударного коэффициента, и формула (3) теряет свое обоснование, мы предлагаем поступить так выделим пока мосты самых малых пролетов и части, подвергающиеся непосредственному действию подвижных грузов. Тогда при расчете прочих частей нам придется считаться главным образом с явлением усталости железа ), и наиболее подходящей формулой для допускаемых напряжений будет формула (2) ь). [c.406]

Усталость железа 393, 414 Устойчивость сжатой сферической оболочки 302 [c.704]

Рис. 2.14. Обобщенные диаграммы усталости железа при 293 (а) и 77 К (б) 7 = 293 К

Резко выраженный характер и хорошая травимость субструктур усталости железа показывают, чти они связаны не с простыми внутренними разориентациями зерен, как при ползучести, а с большой локализацией деформации и по своему характеру приближаются к структурным дефектам. В частности, границы субструктур характеризуются весьма высокой плотностью дислокаций. [c.160]

Факторы, влияющие на коррозионную усталость железа и стали, рассмотрены ниже (стр. 603). [c.30]

Реальность данного механизма коррозионной усталости подтверждают исследования, показавшие что ползучесть (медленная пластическая деформация), которая также осуществляется путем переползания дислокации, ускоряется общей коррозией напряженного металла. Чем выше скорость коррозии, тем выше и скорость ползучести. Прекращение коррозии, например путем катодной защиты, ведет к уменьшению скорости ползучести до исходного значения. Влияние коррозии на ползучесть мелкозернисты, металлов наблюдается у меди, латуни [82], железа и углеродистой стали [831. [c.164]

Коррозионная усталость 28, 155 сл. Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) 29 алюминиевых сплавов 353, 354 в грунтах 186, 187 влияние приложенного потенциала 144 железа 132—136 инициирование 142—145 критический потенциал 141 сл. латуней 334—338 магния 355 меди 327 никеля 360 [c.451]

Рис. 9. Изменение циклического напряжения па начальных стадиях усталости образцов из армко - железа

Чтобы получить амплитуду напряжения в зоне S у вершины трещины, необходимо определить напряжения и на растянутой, и на сжатой стороне зоны б. При определении напряжений на сжатой стороне предполагаем, что после снятия растягивающей нагрузки трещина не закрывается полностью. Такое предположение реально и основано на результатах испытаний на усталость при симметричном растяжении-сжатии плоских образцов с концентратором напряжений из крупнозернистого чистого железа. Испытания показали, что поверхности макроскопической усталостной трещины, возникшей и развившейся на некоторое расстояние от вершины надреза, не контактируют друг с другом, если не приложена внешняя нагрузка, т. е. усталостная трещина имеет ограниченную ширину. Аналогичное явление можно наблюдать и при испытании образцов на усталость при изгибе с вращением. Таким образом, в начальный момент приложения сжимающей нагрузки возникает концентрация напряжений сжатия у вершины трещины. При увеличении сжимающей нагрузки трещина закрывается и концентрация напряжений от нее исчезает. Однако существует еще концентрация и от наружного исходного надреза. Результирующее напряжение в области вершины трещины (см. рис. 27, б) распределяется более плавно. Для удобства расчетов можно предположить, что в случае, когда небольшая уста- [c.60]

Чугунами называют широкий круг сплавов на основе железа, содержание углерода в которых превышает. 1,7 %. В настоящее время улучшение качества чугунов позволяет все чаще использовать их для изготовления ответственных деталей, в частности, коленчатых валов автомобилей и тяжелых дизельных двигателей. Существенным преимуШеством чугуна является свойство слегка расширяться при затвердевании Это делает чугун идеальным материалом для изготовления литых деталей. Чугунные изделия отличаются повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания, однако под действием циклических напряжений в агрессивной среде чугун разрушается от коррозионной усталости. Наименее стоек к коррозий под напряжением высокопрочный чугун, [c.40]

Коррозионной усталости в определенных условиях подвержены практически все конструкционные сплавы на основе железа, алюминия, магния, меди, никеля, титана и других металлов. Интенсивность влияния коррозионной среды на сопротивление усталости определяется ее агрессивностью, структурным состоянием металла, его дефектностью, состоянием поверхности изделий, их геометрией и условиями нагружения. Наиболее полно изучена коррозионная усталость углеродистых и легированных сталей и значительно меньше — сплавов титана, алюминия и других металлов. [c.49]

Рис. 23. Характер изменении электродного потенциала железа и угле родистой стали ч> в процессе их коррозионной усталости (/) и потенциала образца без приложения циклической нагрузки I )

При увеличении прочности стали проявление адсорбционного эффекта усиливается (Лобойко В.И. и др. [35, с. 21—25]). Особенностью сдвиговых процессов при адсорбционной усталости железа является почти мгновенное вступление в действие значительно большего, чем при испытании в воздухе, числа плоскостей скольжения, а также увеличение их ширины и плотности. Адсорбционное снижение поверхностной энергии дает возможность развиваться тем дефектам кристаллической решетки, которые при деформации металла в воздухе не в состоянии преодолеть энергетический барьер. [c.16]

Как показано выше (см. рис. 23, 27, 31 и 34), величина и характер изменения электродного потенциала в процессе коррозионной усталости железа, сталей, алюминиевых и титановых сплавов, а также изменение токов коррозии существенно зависят от амплитуды циклических напря- (ений и отражают определенным образом состояние приповерхностного слоя испытываемого объекта. Так как электрохимические характеристики металла чувствительны к состоянию его поверхности, электрохимический анализ можно эффективно использовать для изучения начальной стадии коррозионно-механического разрушения металлов. [c.85]

Это явление усталости железа , изученное впервые А. Вёлером 1), всесторонне исследовано в последнее время английскими экспериментаторами ), подтвердившими в общем заключения А. Вёлера. [c.393]

Для надлежащего выбора постоянных а и Ь нужно обратиться к опытным данным, устанавливающим зависимость понижения прочности железа при повторных нагрузках от отношения Wmin/- max-Хотя зависимость эта и не установлена во всей полноте и вряд ли она остается неизменной для различных сортов железа, но все же можно считать, что в общем новейшие исследования по усталости железа подтверждают основные заключения А. Вёлера, и мы можем положить, что максимальное напряжение R, которое требуется для разрушения при повторных нагрузках, связано с временным сопротивлением материала Ri, примерно такой формулой [c.407]

В работах итальянских ученых [16, 28, 29] физический предел вьшосливости рассматривается как проявление природных свойств кристаллической решетки, независимо от того, склонен или не склонен данный металл к старению. Обнаружилось нали-чие физического предела выносливости у железа высокой чистоты (среднее содержание углерода вблизи поверхности составляло 0,0002%, площадка текучести на кривых растяжения отсутствовала), хотя в целом кривая усталости располагалась ниже, по сравнению с кривой усталости железа, содержащего обычное количество примесей. Было показано, что резкий перегиб на кривой усталости наблюдается у сплавов никеля (ГЦК решетка) [28, 29], а также у монокристаллов меди [30]. [c.166]

Форрест П., Хопкин Л. Влияние азота и углерода на сопротивление ползучести и усталости железа (высокой чистоты) и его сплавов.— В кн. Структура и механические свойства металлов (перевод с англ.). М., Металлургия , 1967. [c.325]

На рис. 9 представлены экспериментальные данные по изменению амплитудного напряжения о, (меньшего статического предела текучести при исследованных амплитудах циклической деформап,ии) в зависимости от числа циклов при испытании на усталость с постоянной амплизудой деформации за цикл образцов из отожженного железа. [c.22]

Стадия циклической текучести наблюдается у металлических материалов, имеющих физический предел текучести, и связана с прохождением фронта Людерса - Чернова в условиях циклического деформирования. После достижения определенного чис (а циклов (соответствующих окончанию стадии ЦИЮ1ИЧССКОЙ микротекучесги) наблюдается начало раскрытия петли гистерезиса и снижение действующего напряжения Стц(при испытаниях с общей постоянной деформацией за цикл) у образцов из отожженного железа (рис. 9), Происходит процесс макроскопического циклического разупрочнения. Такое поведение характерно для материалов, имеющих физический предел текучести и испытываемых на усталость ниже статического предела текучести. На [c.24]

Рис. 22. Двойникование в процессе усталости образцов железа при температуре испытания 77К (а, б) и схема образования микротрещины при всзрече двойника с границей зерна (в)

Рис. 26. Схема роста усталостной трещины в образцах железа в первом периоде усталости (а) и фрактографическая картина зарождения усталостных трещин в малоперлитной стали Мп - N6 - V (б), в техническом железе (в) и молибденовом сплаве ЦМ - 10 (г)

Сульфиды железа — катоды по отношению к железу и образуют с ним гальваническую пару, разность потенциалов в которой может достигать 0,2—0,4 В. С повышением концентрации сероводорода увеличивается склонность стали к сульфидному растрескиванию и достигает максимального значения при насыщении. Это объясняется тем, что с ростом концентрации сероводорода увеличиваются наводороживание стали и ее охрупчивание. Растрескивание стали происходит даже при весьма незначительных концентрациях сероводорода (меньше ЫО-з кг/м ), однако концентрация сероводорода влияет в основном на время до разрушения и в меньшей мере — на условный предел статической водородной усталости. Участок ВС на кривой статистической водородной усталости (рис. 17) характеризует разрушение вследствие СВУ, участок СД соответствует условному пределу статической водородной усталости (Стдл), т. е. максимальному напряжению, ниже которого разрушение не наступает. Сталь одной и той же марки по мере увеличения прочности становится более чувствительной к статической водородной усталости, т. е. разность между пределом прочности ст, и условным пре- [c.21]

На рис. 10, е иллюстрируется тот вид роста усталостной трещины, при котором усталостная прочность композита будет низкой перед растущей в матрице усталостной трещиной вязкие волокна разрываются постепенно в результате роста в них усталостных трещин, а хрупкие волокна разрываются внезапно под действием высоких напряжений у конца исходной трещины. В работах [20, 39, 53] утверждалось, что подобный вид распространения усталостной трещины имеет место в композитах с волокнами большого диаметра (> 0,01 см). В [17], однако, обнаружено, что в случае наличия в железе волокон ГвзВ сечением 2-10 см такой вид роста трещин будет относительно безопасным. В тех, вязких бериллиевых волокнах (диаметром 0,01 см), которые расположены перед усталостными трещинами, лежащими в матрице, трещин усталости обнаружено не было (быть может, за одним исключением) [22]. [c.421]

В работе 3] предложена модель физического предела усталости и сделан вывод о том, что природа предела усталости так же, как и природа площадки текучести, является особенностью микродеформации поверхностных слоев материала в квазиупругой области в [4] приводятся данные, указывающие на взаимосвязь предела усталости и верхнего предела текучести для железа и стали. Поэтому представляет интерес исследование характера изменения таких параметров статической кривой нагружения, как верхний предел текучести Тв.п.т и длина площадки текучести /п.т при циклическом нагружении. Установлено, что при циклическом знакопеременном закручивании образца из малоуглеродистой стали после некоторого числа циклов наблюдается понижение амплитуды напряжений [5]. Нагружение производилось при постоянной амплитуде суммарной деформации 7а=7упр+упл — onst. Первоначальная амплитуда напряжений была ниже верхнего предела текучести Тв.п.т, но выше напряжения, соответствующего площадке текучести тп.т- [c.214]

Несущая способность деталей ирн коррозионной усталости может снижаться в десятки раз по сравнению с усталостной прочностью на воздухе и но абсолютпы.м значениям составлять 20 — 100 МПа (см. рис. 27). При этом необходимо учитывать, что коррозионной усталости подвергаются практически все конструкционные металлы и сплавы на основе железа, хрома, никеля, алюминия, меди и в меньшей степени титана. Коррозионная усталость металлов может проявляться в растворах солей, щелочей, кислот, воде и во влажном воздухе. [c.80]

При испытаниях на усталость цилиндрических образцов из железа (0,01 % С 0,01 % Si 0,28% Мп 0,02% Си 0,009 % Р 0,01 % S) диаметром 6 мм с острыми концентраторами напряжения (/- = 0,1- -0,2 мм) были обнаружены нераспространяю-щиеся усталостные трещины длиной около 100 мкм при напряжениях несколько ниже предела выносливости этого материала [19]. Отжиг при температуре 700 °С образцов железа, имеющих нераспространяющиеся трещины, привел к дальнейшему росту этих трещин. Исследования дислокационной структуры в области вершины трещины показали большую плотность дислокаций в этом месте, соответствующую деформационно-упрочненному материалу. Отжиг в значительной степени уменьшает плотность дислокационной структуры, устраняя тем самым препятствие для дальнейшего роста трещины. [c.37]

Результаты исследований И. А. Одинга и его сотрудников были подтверждены работами [76—78]. В них исследовалось влияние предварительного циклического деформирования на прочность и пластичность технического железа и сталей Ст. Зкп и 38ХА методом осциллографирования на копре ПСВО-1000. Образцы имели цилиндрическую форму диаметром 11 мм с нормальным надрезом (радиус 1 мм, глубина 2 мм). Циклическое нагружение выполнялось на растяжение— сжатие с частотой 20 000 Гц при амплитудах напряжений от 0,91 до 1,26 0-1. Критическая температура хрупкости определялась по величине ударной вязкости а =4 кгс-м/см . Наиболее чувствительной к усталости оказалась малоуглеродистая ст-аль кипящей плавки, критическая температура хрупкости которой под влиянием усталости повысилась на 60°С (с —10 до -]-50°С). Критическая температура хрупкости отожженного технического железа и стали 38ХА улучшенной повысилась на 30°С. При этом для исследованных сталей были установлены некоторые закономерности влияния усталости на температурную зависимость ударной вязкости. [c.50]

Механизм разрушения металлов и сплавов в условиях циклической пластической деформации (область малоцикловой усталости) был раскрыт при сочетании изучения механики материала и его структурных изменений [87, 88J. Результаты исследования на алюминии, техническом железе и меди показали, что циклическая пластическая деформация представляет собой трехстадийный процесс, в котором каждая из стадий характеризуется присущими ей особенностями и структурными изменениями. Последовательные стадии циклического деформирования схематически отображены на рис. 15. Выбор осей координат обусловлен тем, что для целого ряда металлов справедливо следующее соотношение [87] [c.34]

Интересно отметить, что формирование ячеистой дислокационной структуры в поверхностных слоях наблюдается и при объемной усталости, причем имеется тенденция к уменьшению величины ячеек при увеличении амплитуды деформации. В табл. 12 в качестве примера нредставлены значения размеров ячеек дислокационной структуры для железа в зависимости от амплитуды деформации [83]. [c.102]

Приведенный размер ячеек, соответствуюш ий области малоцикловой усталости для железа, близок к тому размеру, который зафиксирован в [160] для трения скольжения стали при возвратнопоступательном движении. Таким образом, имеются общие черты, характеризующие разрушение при объемном и поверхностном нагружении многократное циклическое воздействие, формирование ячеистой дислокационной структуры и близость размеров ячеек. Все это дает основание предполагать общность механизма разрушения и рассматривать образование частид износа [160] как усталостный процесс. Кроме того, выявляется возможность по размеру ячеек судить о действительных напряжениях, которым подвергается материал в местах фактического контакта при трении. [c.102]

Ранее нами было показано [3], что для железа при наложении определенных условий (кубическая неплотноупа-кованная кристаллическая решетка, хрупкое разрушение и др.) и с учетом активационного объема квант разрушения (минимально возможный прирост длины трещины за один цикл) равен примерно 4а (а — радиус атомной решетки), т. е. 5 10 мм. Следовательно, до пороговой скорости роста трещины 5 10 мм/цикл по мере накопления предельной запасенной энергии у вершины трещины в течение определенного интервала циклов нагрузки трещина не продвигается, а затем за один цикл осуществляет проскок на длину, равную кванту разрушения ад (рис. 1). В момент достижения пороговой скорости 5 10 мм/цикл (рис. 1, точка д) для проскока не требуется предварительного количества циклов нагружения, поскольку для накопления предельной энергии достаточно одного цикла нагрузки, и проскок трещины на длину а, происходит за один цикл. Далее (выше точки д, см. рис. 1) проскок трещины усталости будет осуществляться за каждый цикл нагружения на длину, кратную кванту ад. Подтвердить подобную схему распространения трещины трудно, так как для фрактографического исследования, например, понадобились бы увеличения порядка 10"—10 . [c.252]

Это процесс постепенного накопления повреждений материала под воздействием переменных напряжений и коррозионно-активных сред, приводящий к изменению свойств, образованию коррозионно-усталостных трещин, их развитию и разрушению изделия. Этому виду разрушения в определенных условиях могут быть подвержены все конструкционные материалы на основе железа, алюминия, титана, меди и других металлов. Опасность коррозионно-усталостного разрушения заключается в том, что оно протекает практически в любых коррозионных средах, включая такие относительно слабые среды, как влажный воздух и газы, спирты, влажные машинные масла, не говоря уже о водных растворах солей и кислот, в которых происходит резкое, иногда катастрофическое снижение предела выносливости металлов. Поэтому коррозионная усталость металлов и сплавов наблюдается во всех отраслях техники, но наиболее она распространена в химической, энергетической, нефтегазодобывающей, горнорудной промышленности, в транспортной технике. Коррозионно-усталостному разрушению подвергаются стальные канаты, элементы бурильной колонны, лопатки компрессоров и турбин, трубопроводы, гребные винты и валы, корпуса кораблей, обшивки самолетов, детали насосов, рессоры, пружины, крепежные элементы, металлические инженерные сооружения и пр. Потеря гребного винта современным крупнотоннажным судном в открытом океане приносиГ убытки, исчисляемые миллионами рублей. [c.11]

Адсорбционная усталость впервые была обнаружена Г.В.Карпенко [32] при изучении усталости металлов в слабоактивных средах и объяснена проявлением эффекта Ребиндера [33]. Характер влияния среды на сопротивление усталости металлов существенно зависит от уровня циклических напряжений. Ряд исследователей, в том числе автор с Т.Н.Каличаком, Я.Л.Побережным [34 35, с. 82—86 36, с. 53—56] наблюдали у гладких )бразцов железа и углеродистых сталей под действием 2 %-ного раствора шеиновой кислоты в вазелиновом масле повышение числа циклов до раз-ушения, т.е. некоторое упрочнение при высоких уровнях напряжений в [c.15]

Коррозионная усталость определяется не только химическим составом металла, но и его структурой, что хЬрошо видно на примере испытания тонких образцов из армко-железа, термически обработанного на разную величину зерна. Показано [117], что в 3 %-ном растворе Na I,электродный потенциал железа с более мелкой структурой на 150-200 мВ отрицательнее потенциала железа с более крупным зерном. При циклическом нагружении образцов в коррозионной среде потенциал начинает выравниваться и достигает 520 мВ после 10 и 10 циклов нагружения соответственно для образцов с мелким и крупным зерном. При этом абсолютное разблагораживание железа с мелкой структурой значительно меньше, чем крупнозернистых образцов. Образцы с мелкой структурой имеют также примерно на порядок меньшую долговечность, чем крупнозернистые, хотя к моменту разрушения у обоих типов образцов потенциал примерно одинаковый. Основная причина различного сопротивления железа коррозионной усталости — неравномерное распределение примесей в объеме и по границам зерен. При термообработке, обеспечивающей рост зерен, их границы больше обогащены примесями, что усиливает действие границ как анодов в электрохимических парах и способствует интер-кристаллитному разрушению. В образцах с более мелким зерном характер коррозионно-усталостного разрушения транскристаллитный. [c.50]

Многими советскими и зарубежными авторами качественно установлено смещение электродного потенциала металла в процессе коррозионной усталости в отрицательную сторону. Автором совместно с А.М.Крох-мальным [118] изучен характер изменения электрохимических свойств сталей при коррозионно-усталостном разрушении. Показано, что условный предел коррозионной вьжосливости образцов железоуглеродистых сплавов в 3 %-ном растворе Na I по сравнению с испытаниями в воздухе резко понижается и его абсолютная величина при базе 5-10 циклов находится в интервале 20—50 МПа и мало зависит от исходной прочности сталей. Предел выносливости армко-железа и сталей 20 и 45 в воздухе соответственно составлял 150 220 и 250 МПа. [c.50]

Металлографически установлено [144], что в начальной стадии циклического нагружения железа и ряда других металлов с четко выраженной зернистостью в объеме зерна возникают грубые полосы скольжения. В большинстве случаев в отличие от статического нагружения они не пересекают всего зерна это приводит к большей локализации пластической деформации в начале усталостного разрушения, чем при соответствующем статическом нагружении. Число зерен, в которых протекает процесс скольжения, в первом случае значитёльно меньше, внутри широких полос скольжения при усталости наблюдается более сильное разрыхление металла, чем в полосах скольжения при статическом нагружении [145]. При циклическом нагружении величина результирующего сдвига в разных направлениях неодинакова, что обусловливает возникновение большей макрорельефности поверхности, чем при статическом деформировании при определенных одинаковых нагрузках в связи с этим возможна и большая электрохимическая неоднородность поверхности. [c.77]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...