Усталость и циклическая прочност

Процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называется усталостью. Способность же материалов воспринимать эти повторные знакопостоянные или знакопеременные напряжения без разрушения называется сопротивлением усталости или циклической прочностью. [c.5]

Таким образом, если при многоцикловой усталости уровень предела выносливости в основном определяется шероховатостью поверхности наличием дефектов и остаточных напряжений, при малоцикловой усталости величина циклической прочности и долговечность определяются сопротивлением поверхностных слоев пластической деформации и степенью однородности протекания микропластических деформаций. [c.196]

Уменьшение пластичности жаропрочных сталей и сплавов, связанное с механической обработкой и другими технологическими операциями, в которых производится предварительная пластическая деформация, приводит к ускорению повреждаемости сталей и сплавов при действии циклического и длительного статического нагружения, а следовательно, к уменьшению долговечности и особенно к снижению сопротивления многократным перегрузкам при испытании на усталость и длительную прочность. [c.201]

Один г И. А., а) Усталость металлов и задачи машиностроения, ЛПИ, Л. 1941. б) Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов, Машгиз, 1944. [c.93]

Расчет высоконагруженных элементов конструкций на малоцикловую усталость — сложная задача, для решения которой необходимо использовать результаты комплексного исследования как условий их нагружения, так и циклических свойств материалов. Сейчас оценки прочности конструкций на стадиях проектирования и эксплуатации либо основываются главным образом на углубленном расчете их статической прочности, либо дополняются расчетом на усталость и длительную прочность, в том числе с учетом соответствующих вероятностных представлений. [c.3]

Выше мы рассмотрели изменения физического состояния стали под влиянием наклепа и остаточных напряжений и их влияние на статическую и циклическую прочность в воздухе. Необходимо отметить, что их влияние на коррозионную статическую или циклическую-усталость недостаточно выяснено, в связи с чем мы провели некоторые исследования. [c.137]

Рассмотрим основные явления накопления повреждений и разрушения с позиций их соответствия общим полуэмпирическим моделям, которые были исследованы в предыдущих подразделах. Обсудим также некоторые частные модели, предназначенные для решения задач прогнозирования ресурса. Исходным материалом для построения полуэмпирических моделей служат результаты ресурсных испытаний при однородных режимах нагружения, например при постоянной амплитуде циклических напряжений, постоянной температуре и т. п. Эти результаты, как правило, обнаруживают значительный статистический разброс, связанный со случайной природой явлений. Традиционная форма представления результатов в виде кривых, например усталости и длительной прочности, по существу не отражает этого разброса. В сущности, эти кривые представляют собой линии регрессии между величинами, характеризующими уровень нагруженности, и показателем ресурса, например числом циклов (блоков) до разрушения или продолжительностью испытаний в единицах физического времени. Дополнением к кривым регрессии служат эмпирические оценки для законов распределения ресурса [c.93]

Испытание пряжи на разрывных машинах недостаточно для оценки ее свойств в условиях, отвечаюш,их ее рабочему состоянию в изделии поэтому необходимо иметь показатели долговременной прочности, ползучести и циклической прочности. При этом, чем слабее прочность связи нитей с резиной в резино-текстильной конструкции, тем значительнее будет снижение прочности текстиля при динамическом утомлении, поскольку нарушение такой связи облегчает расшатывание структуры пряжи и ведет к усталости и разрушению волокон. [c.54]

Таким образом, надежной количественной корреляции между пределом усталости и пределом прочности нет. Имеются факторы, мало влияющие на механические свойства при статическом нагружении, но от которых в сильной степени может зависеть циклическая прочность. Нет определенной корреляции и между статической прочностью и чувствительностью металла к концентрации напряжений. [c.117]

В первой части описаны методы исследования и основные закономерности сопротивления усталости и циклической трещиностойкости металлов и сплавов изложены основные подходы к расчету на прочность при циклическом нагружении в детерминированной и вероятностной постановках при линейном и сложном напряженном состояниях. Приведены характеристики сопротивления многоцикловой усталости для чистых металлов и углеродистой стали. [c.2]

Справочник состоит из 14 глав. Главы 1...5 образуют первый раздел, в котором изложены методы исследования усталости, и основные закономерности сопротивления усталости и циклической трещиностойкости материалов, а также методы детерминированных н вероятностных расчетов на прочность при напряжениях, переменных во времени, в условиях линейного и сложного напряженных состояний. [c.14]

Изучение циклической прочности при нестационарных режимах имеет большое принципиальное и прикладное значение, так как позволяет глубже узнать природу усталости, рациональнее использовать материал и точнее определять долговечность конструкций в эксплуатационных условиях. Однако расчет усложняется. Необходим огромный экспериментальный материал для того, чтобы выяснить закономерности изменения пределов выносливости при различных спектрах нагружения. Должны быть учтены факторы концентрации напряжений, состояния поверхности и т. д., влияние которых на вид кривых усталости при нестационарных режимах может быть иным, чем при стационарном нагружении, и очень значительным (см. рис. 187). ,. - [c.309]

Наибольшее значение на современном этапе развития теории циклической прочности (в частности, прочности при нестационарных режимах) имеет изучение природы усталости с позиций металловедения и физики металлов. Без создания стройной металлофизической теории циклической прочности эмпирическое изучение последней будет только накоплением [c.312]

Физические основы явлений усталости еще не изучены в степени, позволяющей создать стройный расчет деталей на циклическую прочность. Отсутствие основополагающих физических принципов заставляет идти по пути накопления экспериментальных данных, которые не всегда позволяют произвести достоверный расчет, тем более, что данные, получаемые различными экспериментаторами, имеют большой разброс, а зачастую, вследствие различия методики испытаний, несопоставимы и даже противоречивы. Из-за наслоения новых данных, введения поправочных коэффициентов, а также многообразия подлежащих учету факторов расчетные формулы все более усложняются. [c.314]

В случае хрупких металлических материалов или испытаний на усталость при низких температурах во внутренних объемах отожженных металлов и сплавов образуется малоразвитая дислокационная структура (рис. 20 и 21). Лишь в отдельных зернах наблюдается сильное изменение дислокационной структуры при наличии двойников деформации (рис. 21, б). Более интенсив-ТЕРЕНТЬЕВ В.Ф. ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ [c.38]

Чаще всего с уменьшением размера зерна предел выносливости возрастает, хотя в ряде работ показано, что измельчение структуры металла не всегда приводит к изменению долговечности. При анализе влияния структурного фактора на циклическую прочность необходимо иметь в виду, что закономерности разрушения металлических материалов при циклическом и ст атическом нагружении имеют много общего. Для циклического нагружения зависимость предела усталости стк от размера зерна можно выразить формулой, аналогичной зависимости предела текучести от размера зерна [c.78]

При испытании на малоцикловую усталость определяется ряд характеристик. Если испытания ведутся в мягком режиме нагружения, когда используется коэффициент асимметрии Га, то обычно строятся кривые усталости Оа — Ытр и ф — Ытр (рис. 21.3.7) е—Nтp и е — к (рис. 21.3.8), позволяющие судить о циклической прочности материала. [c.368]

НТМО, как и ВТМО, приводит к резкому увеличению циклической прочности стали. В работе [128] приведены результаты испытаний на усталость инструментальной стали НИ после обычной термической обработки (закалка с отпуском) и НТМО (режимы обработки указаны в табл. И). Большие партии образцов испытывались на знакопеременный изгиб с частотой 10 000 циклов/мин. [c.66]

Помимо высокой статической прочности, нитевидные кристаллы отличаются высокой сопротивляемостью действию длительных статических (ползучесть) [192, 193] и циклических (усталость) нагрузок (194, 186, 195]. [c.106]

Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основными критериями работоспособности являются сопротивление усталости и жесткость. Сопротивление усталости валов и осей оценивается коэффициентом запаса прочности, а жесткость — прогибом в местах посадок деталей и углами наклона или закручивания сечений. Практикой установлено, что разрущение валов и осей быстроходных мащин в больщинстве случаев носит усталостный характер, поэтому основным является расчет на сопротивление усталости. [c.295]

Наиболее полно теоретические и прикладные проблемы, касающиеся усталости материалов рассмотрены в работах В. С. Ивановой, С. В. Серенсена, И. В. Кудрявцева, В. Т. Трощенко, Л. М. Школьника и др. Выполненные разработки привели к значительным достижениям в области прогнозирования надежности и долговечности изделий, эксплуатируемых при циклическом нагружении. Однако многие вопросы остаются нерешенными. Во-первых, не выявлена до конца физическая природа усталости материалов, во-вторых, не известно точное распределение нагрузки в узлах конструкций, в-третьих, отсутствуют достаточно точные способы расчета действительных коэффициентов концентрации напряжений, в-четвертых, не ясно влияние масштабного и других факторов, снижающих циклическую прочность материала [45]. [c.29]

Особые разделы теории уста сти составляют усталость при ударном циклическом нагружении (динамическая усталость), при контактном циклическом нагружении (контактная усталость), при повыщен-ных температурах и при периодических колебаниях темпе))атур (терм и-ческая усталость). Закономерности циклической прочности в этих условиях находятся в стадии изучения. [c.288]

Совместное влияние малоиикловой усталости и длительной прочности учитывается на основе линейного суммирования статической и циклической составляющих повреждений [128] [c.147]

Приведенные в работе данные, их обобщение и анализ представляют основу для дальнейшего развития как теоретических, так и экспериментальных исследований в области а) разработки новых физических моделей процесса хрупкого разрушения, основанных не на традиционных схемах неоднородности дислокационной структуры, а за счет реализации различного рода локальной неоднородности распределения ансамбля кластеров из точечных дефектов различной мощности и природы б) изучения основных закономерностей эволюции дислокационной структуры при испытаниях на длительную и циклическую прочность и физической природы усталости металлических и неметаллических материалов в различном диапазоне напряжений и температур в) расшифровки и интерпретации данных по низкотемпературному внутреннему трению металлических и неметаллических материалов и идентификащи их механизмов с учетом возможного влияния чисто методических эффектов (обусловленных спецификой метода и режима испытаний) на характер получаемой информации, а также выявления физической природы механизма старения материала тензодатчиков в процессе их эксплуатации г) получения количественной информации о кинетике, механизме и энергетических параметрах низкотемпературной диффузии (энергии образования и миграции вакансий и междоузлий, значения их равновесных концентраций и др.) д) развития теоретических основ и соз- [c.8]

Таким образом, физическая природа интенсификации микропластичес-кого течения в поверхностных слоях материалов и последующего усталостного разрушения при циклических нагрузках должна рассматриваться именно с указанных позиций. При этом следует отметить, что необратимое действие вакансионного насоса при циклировании, создающего спектр приповерхностных источников дислокаций и вызывающего их переползание, обеспечивается не только созданием периодического пересыщения при цикле сжатия и существующим недосыщением на стоках [601, 602], но и различием потенциальных энергетических барьеров на источниках и стоках точечных дефектов, непосредственно на поверхности и в более удаленных от поверхности приповерхностных слоях. Поэтому полученные в главе 7 результаты представляют основу для дальнейшего развития как теоретических, так и экспериментальных исследований в области изучения основных закономерностей эволюции дислокационной структуры при испытаниях на длительную и циклическую прочность и физической природы усталости металлических и неметаллических материалов в различном диапазоне напряжений и температур. Наконец, учитывая результаты работы [586], следует также весьма осторожно относиться к интерпретации низкотемпературных пиков внутреннего трения и помнить, что они могут появиться в ряде случаев именно в силу проявления методических особенностей способа нагружения (использование циклических изгибных или крутильных колебаний с максимальной величиной напряжений вблизи свободной поверхности и присутствием градиента напряжений по сечению кристалла). [c.258]

В работе [143] поверхностное легирование использовали для повышения статической и циклической прочности промышленного поликристаллического молибдена марки МЧ (плоские образцы толпщной 1 мм). На образцы молибдена (состояние поставки) на установке ВЭУ-120 (мош,ность 5 Квт) методом электронно-лучевого напыления наносили слой рения или никеля. После напыления рения проводили диффузионный отжиг в вакууме при температуре 1400 °С в течение 10 ч. В этом случае был получен композиционный материал с приповерхностным слоем переменного состава Re-Mo глубиной 8-10 мкм. Никель напылялся на рекристаллизованные образцы, а после напыления образцы отжигались в вакууме (900 С, 10 ч). Глубина диффузионного слоя в этом случае составляла 4 мкм. На рис. 5.21 представлены кривые статического растяжения и усталости образцов из молибдена в исходном состоянии и после поверхностного легирования. Некоторое улучшение пластичности при статических испытаниях на растяжение и повышение уровня предела выносливости в случае покрытия никелем, по-видимому, связано с большей пластичностью никеля по сравнению с молибденом, что приводит к пластифицирующему эффекту. Диффундируя в объем металла и располагаясь преимущественно вдоль границ зерен, никель участвует в образовании межзеренных прослоек, являющихся раствором молибдена в никеле. Эти прослойки оказывают упрочняющее влияние на границы зерен молибдена. [c.191]

В работе [144] исследовалось влияние одно- и многослойных пленок TIN (толщиной 3-9 мкм), нанесенных методом осаждения в вакууме (метод PVD) на статическую и циклическую прочность образцов из среднеуглеродистой стали AISI1045 (0,45% С) с диаметром рабочей части 6 мм. Было установлено, что поверхностные пленки TIN подобной толщины не влияют на модуль упругости, предел текучести и предел прочности, но уменьшают пластические свойства. Покрытия повышают усталостную прочность стали в области многоцикловой усталости, при этом однослойные покрытия оказывают более благоприятное воздействие, чем многослойные. Монослой TiN толщиной 3 мкм повышает предел вьшосливости на 40 МПа, Авторы объясняют этот эффект тем, что с покрытием требуется большее напряжение для зарождения усталостной трещины на пределе вьшосливости [144]. [c.193]

Перлитный 45-63 32-45 6-3 160-240 То же, но более дисперсная и с меньшим количеством феррита Прочность от УЛ С-реинои до высокой, высокое сопротивление усталости и циклическая вязкость Заменитель поковок из малолегированных конструкционных сталей, кулачковые и коленчатые валы, поршни автомобилей и дизелей [c.213]

Для сокращения времени при определении ограниченной выносливости и циклической прочности сравнительно изотропных стеклопластмасс испытания можно вести до возникновения первой макротрещины. На рис. 13 в координатах напряжение — логарифм числа циклов представлены данные о длительности нагружения до появления трещины усталости (штриховая линия), а также до разрушения (сплошная линия) по всему рабочему сечению образцов из стеклопластиков АГ-4В при знакопеременном деформировании. На рисунке каждый образец обозначен для удобства чте- [c.18]

Влияние неметаллических включений на механические свойства и циклическую прочность стали 18ХНВА изучалось в работе [65]. На основе исследования изломов на 280 образцах, вырезанных из готовых изделий, была установлена связь между размерами и размещением неметаллических включений и величиной предела усталости. [c.129]

При электролитическом осаждении металл насыщается водородом и приобретает присущую металло-водородным соединениям плотно упакованную гексагональную рещетку. Вследствие этого в поверхностном слое возникают значительные растягивающие напряжения. Кроме того, циклическая прочность металла покрытий, как правило, меньще циклической прочности металла деталей. По всем этим причинам первичные трещины усталости возникают прежде всего в металле покрытия, откуда распространяются в глубь детали. [c.306]

Леонардо да Винчи был одним из первых, кто изобрел простейшее устройство для определения механических свойств железных проволок при растяжении. Метод заключался в следующем один конец проволоки жестко закреплялся на перекладине, а ко второму концу прикреплялось ведерко, в которое засыпалась дробь. Метод квазистатического растяжения проволоки путем увеличения количества дроби позволил установить, что короткие проволоки прочнее длинных. Этот принцип испытания, введенный более 500 лет назад, был положен впоследствии для определения механический свойств металла при квазистатическом нагружении. Современные испытательные машины доведены до совершенства, так как оснащены компьютерами и позволяют не только задавать необходимый режим нагружения, но и рассчитывать прочность на разрыв, пластичность и другие свойства деформируемого образца. Для учета реакции металла на внешнее воздействие, зависящей от способа пршгожения нагрузки, были выделены кроме квазистатических испытаний на разрыв, также испытания на удар (ударная вязкость), циклическое нагружение (усталость), статические нагружение (ползучесть) и другие виды. [c.229]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

В практике часто встречаются случаи, когда циклической нагрузке подвергаются сопряженные детали машин. В этом случае из-за контактного трения поверхностные слои металла разрушаются. Еще в 1911 году Е. М. Иден и др. описали случай разрушения усталостных образцов не в наиболее напряженном сечении, как этого следовало ожидать, а в более массивном сечении -в местах контакта образца с цангой. Наличие контактнш о трения при циклическом нагружении в общем случае приводит к снижению циклической прочности изделий процессы, развивающиеся при этом, названы фрсттинг-коррозией или фреттинг- усталостью. [c.94]

Во второй части изложены методы определения перемещений и сложных сопротивлений, даны теория и порядок расчета статически неопределимых балок и рам, приводятся задачи динамики, излагаются вопросы циклической прочности материалод. В отдельные главы вынесены понятия о механике разрушения и малоцикловой усталости материалов. На изучение этих вопросов обращалось особое внимание участников семинаров, проводимых Министерством высшего и среднего специального образования РСФСР в 1979 и 1984 гг. в Москве. [c.3]

Коррозионная усталость - процесс постепенного накопления повреждений, которые обусловлены одновременнык воздействием переменных нагрузок и коррозионно-активной срелы. приводящим к уменьшению долговечности и снижению запаса циклической прочности. Коррозионная усталость является частным случаем коррозии под напряжением. [c.58]

Ковкий чугун наиболее рационально применять там, где серый чугун, а иногда и сталь не позволяют получить изделия нужной конфигурации при высоких механических свойствах. Ковкнй чугун дает возможность отливать детали с довольно тонкой стенкой (3—6 мм) при хорошей чистоте поверхности отливок. Он характеризуется высоким отношением предела текучести к пределу прочности (около 67%), высоким пределом усталости, хорошей циклической вязкостью, высокой износоустойчивостью и др. (табл. 18). [c.31]

Циклическая прочность стали после НТМО на 20—30% выше, чем после обычной закалки и отпуска. Полученное значение предела усталости для упрочненной стали o i= = 117,4 кГ1мм — самое высокое из всех известных в мировой литературе данных. Срок службы образцов в области циклических перегрузок после НТМО возрастает на порядок и выше (фиг. 14). [c.66]

Испытания на циклическую прочность при температуре 650° С показали, что покрытие увеличивает способность стали сопротивляться знакопеременным нагрузкам. Предел усталости стали ЭИ572Л без покрытия при температуре 600° С составляет 16— 17 кгс/мм на базе 10 циклов. Предел циклической прочности этой же стали с металлокерамическим покрытием при температуре 650° С и той ке базе испытания составляет 17—18 кгс/мм . Образцы со стеклометаллическим покрытием имели довольно значительный разброс при испытаниях. [c.267]

В книге изложены основные закономерности изменения циклической и коррозионной прочности титановых сплавов в зависимости от химического состава, структуры и окружающей среды. Детально рассмотрен процесс коррозионного растрескивания сплавов на основе титана и физическая природа этого явления в различных агрессивных средах. Анализ малоцикловой долговечности проведен на основе исследования процесса микронеоднородности протекания пластической деформации в упруго-пластической области нагружения. Многоцикловая усталость рассмотрена с использованием статистических методов анализа. Особое внимание уделено влиянию различных охрупчивающих факторов, состояния поверхности и коррозионных сред на циклическую долговечность, а также методам повышения циклической прочности. [c.2]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...