Разрушение усталостное, его природа

Усталостная природа изнашивания. Последние годы все большее распространение получает усталостная (кумулятивная) теория износа, когда основная причина разрушения поверхностных слоев связывается с возникновением усталостных трещин и отделением микроскопических чешуек материала или его окислов. При этом процесс изнашивания рассматривается как кумулятивный, т. е. суммирующий действие отдельных факторов при многократном нагружении фрикционных связей, что приводит в итоге к отделению частицы износа. Как правило, наличие пленки смазки, возникновение окислов, тепловой эффект и ряд других факторов влияют на интенсивность развития усталостного процесса, не изменяя его природы. Для объяснения физической сущности явлений усталости можно использовать исследования процессов развития усталостных трещин на базе представлений о вязкости разрушения при циклическом нагружении [2041. [c.232]

Испытания на коррозионную усталость, как известно, характеризуются неизбежным разбросом результатов эксперимента. Разброс вызывается погрешностью машин, условиями проведения опыта, точностью и технологией изготовления образцов и др., а также неоднородностью структуры и химического состава испытываемого материала. (наличие неметаллических включений, микротрещин, химическая неоднородность, анизотропность механических свойств и пр.). Если влияние первой группы факторов можно значительно уменьшить усовершенствованием оборудования и методики испытаний, то рассеяние экспериментальных данных, вызванное неоднородностью материала, связано со статистической природой коррозионно-усталостного разрушения и его нельзя полностью устранить. Его необходимо учитывать при испытаниях достаточно большого числа образцов, а результаты опыта желательно обрабатывать с помощью методов математической статистики. [c.32]

Современное состояние науки об износе со всей очевидностью свидетельствует, что создание эффективных методов борьбы с ним невозможно без понимания механизма этого явления. Комплексный подход к изучению механизма изнашивания, включающий как изучение изменений, происходящих на фрикционном контакте, так и анализ частиц износа, показал, что все многообразие условий трения можно рассмотреть с нескольких общих позиций, одна из которых — представление об усталостной природе разрушения поверхностных слоев. При этом под усталостным разрушением понимается разрушение в результате многократного циклического нагружения, которое имеет место практически при всех видах фрикционно-контактного воздействия. Привлечение к рассмотрению процесса изнашивания понятия о малоцикловой усталости позволяет распространить представление об его усталостной природе и на такой традиционный вид износа, как адгезионный. В материалах [c.3]

К сопутствующим формам износа автор [3] относит износ при фреттинге, кавитацию и эрозию, которые очень часто классифицируются как самостоятельные виды износа. Фреттинг является сложным процессом, комбинацией адгезионного, коррозионного и абразивного износа. Под эрозией понимается разрушение, вызванное ударением острых частиц, природа его аналогична природе абразивного изнашивания. Отличие заключается в том, что при ударе частиц шероховатость поверхности значительно больше, чем при обычном абразивном изнашивании. Кавитация сходна с поверхностным усталостным износом, и материалы, которые стойки к усталостному разрушению (твердые, но не хрупкие), хорошо сопротивляются кавитации. Дополнительное требование к ним — сопротивляемость коррозионному действию жидкости, в которой они работают [3]. [c.16]

На сопротивление усталости деталей машин и частей сооружений оказывает существенное влияние ряд факторов состав и структура материала вид напряженного состояния и характер изменения его во времени форма и размеры нагружаемых объектов состояние поверхности остаточная напряженность температура активность окружающей среды и др. В связи с этим определить расчетным методом пределы выносливости для реальных конструкций, в которых, как правило, действуют многие из перечисленных выше факторов, чрезвычайно трудно. В настоящее время ведутся активные исследования, касающиеся вскрытия природы усталостного разрушения [65, 145, 177] и разработок аналитического прогнозирования усталостных характеристик для различных конкретных практических случаев [73]. [c.17]

Используя положение об усталостной природе разрушения поверхностных слоев, можно рассчитать износостойкость узла трения в зависимости от параметров, характеризующих его работу (шероховатости поверхностей, приложенной нагрузки, механических свойств взаимодействующих твердых тел, условий работы). [c.36]

Усталостная прочность. Характерной особенностью разрушения, наступающего при переменном (циклическом) нагружении, является его внезапность, т. е. этому разрушению не предшествует заметная пластическая деформация. В соответствии с этим, для усталостной прочности мы имеем только одну характеристику прочности, природа которой устанавливается из следующих соображений. [c.288]

Статистический фактор связывают со статистической природой процесса усталостного разрушения. Это объясняется тем, что прочность структурных элементов материала вследствие его неоднородности изменяется случайным образом. С увеличением напрягаемых объемов детали увеличивается вероятность появления более слабых структурных элементов, что и приводит к снижению предела выносливости. [c.163]

Развитие процессов разрушения во времени позволяет говорить об усталостной природе гидроабразивного изнашивания. Величина накопленной внутренней энергии в результате деформирования и упрочнения поверхностного слоя материала может служить критерием его износостойкости. [c.159]

Согласно современным представлениям природа усталостного разрушения металла носит статистический (случайный) характер и связана с неизбежной неоднородностью его кристаллической структуры. Металл состоит из большого числа случайно ориентированных кристаллов и имеет различные дефекты внутреннего строения. Отдельные кристаллы имеют различные размеры и форму и анизотропны, т. е. обладают различной прочностью в разных направлениях. Поэтому при нагружении детали все кристаллы напряжены неодинаково, одни в большей, другие в меньшей степени. В силу случайных причин в наиболее неблагоприятно ориентированных кристаллах возникают пластические деформации. При однократном нагружении это приводит к некоторому местному перераспределению напряжений и не вызывает разрушения металла. При повторном нагружении в этих кристаллах появляется наклеп, т. е. они упрочняются (аналогичное явление упрочнения после текучести наблюдается и при испытаниях на растяжение образцов из различных пластических материалов). С каждым последующим циклом нагружения в таких кристаллах накапливаются необратимые механические повреждения, напряжения в них постепенно увеличиваются, и, когда способность какого-то кристалла к упрочнению исчерпывается, в нем появляется трещина. Трещина обычно возникает на поверхности детали в местах наибольших напряжений, а также в местах, имеющих дефекты внутреннего строения металла или обработки поверхности. По мере увеличения числа циклов нагружения трещина увеличивается в размерах, и, когда статическая прочность оставшейся неповрежденной части сечения (зона А — зона долома, см. рис. 14.4) становится недостаточной, происходит внезапное разрушение детали. Края развивающейся трещины в процессе циклического нагружения многократно трутся друг о друга. [c.341]

I4l. Взаимодействие поверхностей трения уже случайно их микрогеометрия (шероховатость) может быть описана только при помощи функций распределения участков поверхности по высоте опорными кривыми [6]. Так как выступы на поверхностях имеют различную высоту и форму (не говоря уже о возможной неоднородности свойств материала), то и величина напряжений и деформаций, возникающих при их взаимодействии, также будет характеризоваться определенным спектром [17]. Сам процесс усталостного разрушения вследствие его природы также случаен [32]. В процессе износа, протекающего по усталостному механизму, возникает фрикционно-контактная усталость материалов. То, что в поверхностном слое в период разрушения наблюдаются физические, физико-химические, механо-химические и химические процессы (окисление, деструкция, фазовые переходы и т. п.), не противоречит представлениям об усталостной природе износа, а, наоборот, подтверждает их, так как аналогичные процессы происходят и при динамической усталости материалов (в обычном понимании этого явления). Современная флуктуационная теория прочности твердых тел 7] рассматривает в единстве влияние термических и механических факторов на вероятность флуктуации, приводящей к разрушению материала. Применительно к износу данный термоактивационный механизм разрушения подтверждается последними исследованиями 129]. Усталостная теория износа не исключает возможности разрушения в результате одного акта взаимодействия выступов шероховатых поверхностей трения, когда возникающие деформации или напряжения велики и достаточны, чтобы сразу наступило разрушение. При этом наблюдается абразивный износ (микрорезание) или износ в результате когезионного отрыва (схватывание). Но и в этих случаях характер взаимодействия и разрушения поверхностей случаен. Условия работы пары трения всегда характеризуются определенным спектром нагрузок, скоростей и подобных параметров, что также оказывает влияние на износ [17]. [c.6]

Решение о выборе метода воздействия на элемент авиационной конструкции приходится принимать на этапе формирования технологии ремонта или бюллетеня эксплуатационных осмотров. Стратегия выбора метода, его эффективность зависят от возможностей ремонтных подразделений, а также от понимания персоналом природы реализуемых операций над конструктивным элементом для торможения роста трещин. Так, например, самым известным воздействием на элемент конструкции с трещиной является операция просверливания отверстия в ее вершине. Для усталостных трещин реализация данной операции означает, что удаляется зона пластической деформации, которая имеет остаточные сжимающие напряжения. Поэтому после данной операции трещина может развиваться даже более интенсивно, хотя само отверстие уменьшает концентрацию напряжений. При хрупком разрушении достаточно снижения концентрации напряжений для значительной задержки трещины, тогда как для усталостного разрупте-ния этого оказывается совершенно не достаточно. [c.443]

Отметив, что представление об усталостной природе износа не является новым, автор полагает, что ограниченность его популярности заключается в неясном смысле термина усталость . В предлагаемой статье термин усталость определяется как вид разрушения, при котором материал подвергается повторному циклическому действию внешних сил, приводящих к накоплению повреждений и разрушению. При этом привлекаются представления как о много-, так и малоцикловой усталости (подобное представление об усталости при трении также с привлечением понятий о много- и малоцикловой усталости сформулировано гораздо ранее И. В. Кра-гельским и в настоящее время развивается под его руководством как в физическом, так и в прикладном аспекте [35]). [c.96]

Высокая способность противостоять эрозионно-усталостному разрущению при микроударных воздействиях. Это свойство в большой степени зависит от природы сплава, его структуры и фазового состава (Л. 4. Наибольшей стойкостью против эрозионного разрушения обладают нержавеющие стали с мартенситной структурой, наименьшей— с ферритной. Эрозионная стойкость сталей с аусте-нитной структурой зависит от природы и свойств аусте-нита и его способности к упрочнению при пластических деформациях. [c.79]

Механизм упрочнения сталей и сплавов зависит от природы легирования. Известно, например, что значительной износостойкостью при трении с высокими давлення,ми и ударном нагружении обладает высокоуглеродистая марганцевая аустенитная сталь 110Г13Л. Повышенная износостойкость этой стали обусловлена ее способностью к интенсивному деформационному упрочнению. При трении упрочнение связано с образованием в поверхностном слое большого количества дефектов кристаллического строения (дислокаций, дефектов упаковки, двойников деформации), а также с взаимодействием этих дефектов с атомами углерода, растворенного в аустените [38]. Перспективные износостойкие материалы — мета-стабильные марганцевые и хромомарганцевые аустенитные стали, содержащие 0,4—0,8 % (по массе) С. Образование на поверхности данных сталей мартенсита деформации, его ориентированное расположение по отношению к действию силы трения обусловливают интенсивное упрочнение поверхности. Вследствие этого нестабильные марганцевые и хромомарганцевые аустенитные стали обладают повышенной износостойкостью в условиях развития адгезионного и усталостного разрушения поверхности [21]. [c.261]

Усталость при изнашивании металлических поверхностей. Впервые на усталостную природу изнашивания при трении скольжения указал Д. В. Конвисаров [21]. Причины усталости поверхностного слоя деталей он усматривал в повторных или знакопеременных движениях машин. Однократное задирание поверхностей, царапание их различными твердыми остриями не относятся к процессам изнашивания в полном смысле этого понятия. В результате Д. В. Кон-Бисаров пришел к выводу, что изнашивание твердых тел силами трения родственно разрушению их от усталости. Он указал, что разница между обоими разрушительными процессами заключается в том, что за изнашиванием в процессе его развития можно легко проследить, усталость же металлов проявляется почти всегда внезапной аварией. [c.102]

Вероятностная природа усталостного разрушения, зависящего от дефектов структуры и поверхности металла, отражается на закономерностях подобия при этих разрушениях. С увеличением напрягаемых переменными напряжениями объемов увеличивается вероятность ослабления сопротивления металла разрушению бопее значительными дефектами и их сочетанием, уменьшается предел усталости, ослабляется рассеяние. Влияние абсолютных размеров на усталостные свойства металла возрастает с увеличением его неоднородности, особенно сильно проявляясь на литых и крупнозернистых структурах. С уменьшением вероятности ра.з-рушения влияние абсолютных размеров ослабевает, так как в соответствии со статистическими представлениями рассеяние уменьшается с увеличением напрягаемых объемов, и кривые усталости для низких вероятностей разрушения при различных размерах сечений сближаются. При сложных напряженных состояниях усталостные разрушения для металлов в вязком состоянии в основном определяются максимальными или октаэдрическими касательными напряжениями, как. это следует, например, из данных исследования усталости конструкционных сталей. Большинство результатов укладывается между предельными шестиугольником касательных напряжений и эллипсом октаэдрических. Для металлов в хрупком состоянии разрушения определяются главными растягивающими нормальными напряжениями, они располагаются ближе к предельному квадрату предельных нормальных напряжений. Форма усталостного излома при кручении для вязких металлов свидетельствует о зарождении усталостного разрушения по направлению действия наибольших касательных напряжений. Для хрупких металлов трещина возникает сразу в направ.т1е-нии действия наибольших нормальных напряжений. Развитие трещины обычно следует поверхностям мальных напряжений. [c.384]

На поверхности кристалла также возможно образование атом-вакансиопных состояний, так как поверхностный слой характеризуется сильными статическими смещениями и сопряжен с кристаллической подложкой. Поэтому многие проблемы поверхности целесообразно рассматривать в рамках представлений об атом-вакан-сионных состояниях. Данное обстоятельство в основном определяет аномально высокую активность ультрадисперсных систем, природу каталитической активности, аморфизацию Новерхности при ионной имплантации и др. Области атом-вакансионных состояний — основ-, ной исхочник дислокаций и точечных дефектов в деформируемых кристаллах. Возникновение таких областей в нагруженном кристалле обусловливает поворотные моды деформации, микродеформацию ниже предела текучести, ползучесть и хрупкое разрушение конструкционных материалов в условиях нейтронного облучения, Bejx-пластичность материалов в определенных условиях нагружения, усталостное разрушение при циклическом его характере. [c.8]

Объяснением особенностей усталостного разрушения еще не решается вопрос о природе тех физических изменений, которые происходят етутри металла при его циклическом нагружении и вызывают усталостное разрушение. Для решения этого вопроса необходимо проникнуть в глубь металла и изучить природу явления усталости. [c.407]

II Два первых вида разрушения фрикционных связей рас-крывают природу усталостного изнашивания, третий — природу абразивного изнашивания и его разновидностей (гидро- и газоабразивного). Четвертый и пятый виды раз- [c.77]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...