Испытание материалов на усталость Предел выносливости

Делью испытаний материалов на усталость является определение пределов усталости (выносливости) и выявление влияния на их величину различных факторов. [c.349]

Методика проведения испытаний материалов на усталость регламентирована ГОСТ 25.502—79. Для определения предела выносливости испытывают не менее 15 образцов. Каждый образец испытывают только на одном уровне напряжений — до разрушения или до базового числа циклов. По результатам испытаний отдельных образцов строят диаграммы усталости в координатах максимальное напряжение — число циклов (рис. 2.19, а). Иногда диаграммы усталости строят в полулогарифмических или логарифмических координатах (рис. 2.19, б). [c.47]

Следует отметить, что общепринятого руководящего материала, регламентирующего методику испытания материалов на сопротивление коррозионной усталости, пока не существует, поэтому в литературе встречаются самые различные обозначения (индексация), указывающие-на то, что приводимые данные относятся к испытаниям в среде. Например, обозначения i кор —1 в различных литературных источниках относятся к одной и той же величине — условному пределу коррозионной выносливости образцов при симметричном чистом изгибе. [c.31]

Следует отметить, что деление на малоцикловую и многоцикловую усталость материалов довольно условно, хотя в целом оправдано. Тем не менее, на рис. 1.11-1,15 приведены экспериментальные кривые усталости с резким физическим пределом выносливости, ветвь ограниченной выносливости которых почти целиком лежит в малоцикловой области (в интервале от 2 10 до 8 10 циклов). Область многоцикловой усталости которая по ГОСТУ начинается с 5 Ю", на этих рисунках практически отсутствует. Перегиб у этих кривых усталости расположен в конце малоцикловой области и далее кривая сразу выходит на физический предел выносливости. Такой эффект наблюдается в случае аморфных материалов, высокопрочных материалов или при испытании образцов с острым надрезом, когда с первых циклов нагружения в области надреза образуется локальная зона пластической деформации. В этой зоне металл быстро упрочняется и постепенно плотность дислокаций достигает критического значения, которое соответствует зарождению усталостной трещины [13-17]. [c.15]

Образцы при испытаниях нагружают при постоянно заданных максимальных или амплитудных напряжениях цикла в процессе всего испытания образца. Для построения кривой усталости и определения предела выносливости испытывают не менее 10 одинаковых образцов. При этом каждый из них испытывают только на одном уровне напряжений до разрушения или до базового числа циклов. На уровне предела выносливости должно быть испытано не менее двух образцов. База испытаний для определения пределов выносливости в обычных условиях должна быть не ниже МО циклов для материалов и сплавов, имеющих горизонтальный участок на кривой усталости (на- [c.185]

Выше уже отмечалось, что у ряда металлических материалов при определенных условиях наблюдается "физический предел выносливости" (рис.2), когда образцы, испытываемые на усталость, при определенном напряжении не разрушаются на больших базах испытания. Рассмотрим кратко основные современные точки зрения на природу этого явления. [c.69]

Предварительно задаваемая наибольшая продолжительность испытаний на усталость называется базой испытаний. Цель испытаний на усталость заключается в определении такой механической характеристики, которая могла бы количественно охарактеризовать способность материалов сопротивляться усталости. К этой характеристике относится предел выносливости. [c.331]

Вторая группа включает параметры, оценивающие сопротивление материалов переменным и длительным статическим нагрузкам. При повторном нагружении в области многоцикловой усталости определяется предел выносливости на базе 10 -н2-10 циклов. Малоцикловая усталость отделяется от многоцикловой условно выбранной базой испытания (Л >5-10 циклов) и отличается пониженной частотой нагружения ( = 0,1-н5 Гц). Сопротивление малоцикловой усталости оценивается по долговечности при заданном уровне повторных напряжений или пределом малоцикловой усталости на выбранной базе испытаний. Сопротивление длительным статическим нагрузкам определяют, как правило, при температуре выше 20°С. Критериями сопротивления материалов длительному действию постоянных напряжений и температуры являются пределы ползучести (То,2/-с и длительной прочности Сх. Предел длительной прочности определяют при заданной базе испытаний, обычно 100 и 1000 ч, предел ползучести — по заданному допуску на остаточную (обычно 0,2%) или общую деформацию при установленной базе испытаний. [c.46]

Число оборотов в минуту наиболее распространенных усталостных машин обычно порядка 3000 (50 Гц). Поэтому испытание на усталость с целью получения предела выносливости требует продолжительного времени, исчисляемого неделями непрерывной работы машины. За последнее время во многих случаях при исследовании выносливости материалов и конструктивных деталей применяют более быстроходные машины — 100. .. 500 Гц, а в некоторых случаях и 20 000 Гц (ультразвуковые частоты). В последнем случае для испытания требуются только десятки минут. [c.660]

На фиг. 4 приведены кривые, характеризующие влияние частоты на предел усталости для ряда сталей, где —увеличение предела выносливости, / — частота в гц. В связи с большим рассеянием результатов усталостных испытаний, вызванных неоднородностью свойств материалов, обработка экспериментальных данных производится в ряде случаев статистическими методами. Характеристики усталости даются с учетом вероятности разрушения. [c.472]

Общей закономерностью для машиностроительных материалов является повышение сопротивления усталости с понижением температуры. На рис. 16, по данным исследований [180], показаны пределы выносливости различных материалов в зависимости от температуры испытания (база 10 циклов). Как видно, существенное повышение сопротивления усталости с понижением температуры наблюдается не только для гладких образцов, но и для образцов с концентраторами напряжений. Нами были проведены испытания на усталость при температурах до —183° С образцов из мягкой углеродистой стали, хромоникелевой стали и особо твердой закаленной на мартенсит подшипниковой стали [80, 196 ]. [c.29]

Интенсивность напряжений может либо циклически меняться на противоположную по знаку величину, либо колебаться около средней постоянной величины. На рис. 5.16 приведена терминология, используемая для описания уровней напряжений. Долговечность конструкции или ее элемента определяется числом циклов нагружений, которое выдерживается данной конструкцией или ее элементом до момента усталостного разрушения. График зависимости напряжений от числа циклов до момента разрушения называется -кривой усталости. С помощью этой кривой, построенной по результатам проведенных испытаний на выносливость, можно описать способности различных материалов сопротивляться усталостному разрушению. За предел выносливости часто принимают предельное напряжение, соответствующее 10 млн. циклов нагружений. [c.131]

Кривые усталости чаще строят в полулогарифмических координатах сг ах — Ig или От — Ig iV, а также в простых или двойных логарифмических координатах. В пределах от 10 до 300 Гц частота циклов не регламентируется. Для построения кривой усталости и определения предела выносливости испытывают не менее 10—15 образцов. База испытания для определения предела выносливости — 10-10 циклов для материалов, имеющих практически горизонтальный участок на кривой усталости, и 100-10 для [c.311]

В некоторых случаях допустимы перегрузки, несколько превышающие предел выносливости (на 10—20<>/о), если они вызывают в материале наиболее напряженных мест детали эффект тренировки ( увеличение сопротивления усталости). Это допущение должно основываться на данных соответствующих лабораторных испытаний при перегрузках. При наличии концентрации напряжений расчет производится с учетом ее влияния. [c.473]

Таким образом, как показали экспериментальные проверки [25], метод определения предела выносливости путем последовательного ступенчато возрастающего во времени нагружения одного образца дает удовлетворительные результаты, если требуется установить соответствие между усталостной прочностью данного образца и ее нормативами, полученными в результате обычных длительных испытаний на усталость партий аналогичных образцов. Это может оказаться необходимым либо при текущем контроле качества поставляемого металла, ответственных серийных деталей или изделий, либо в целях оценки возможных изменений в конструкции деталей, технологии их изготовления или в материале. [c.105]

На усталость испытывают материалы, работающие в условиях переменной нагрузки. Испытания выполняют на специальных машинах, различающихся по виду нагрузки (изгиб, растяжение и т. д.) и по частоте ее изменения (от нескольких до тысяч перемен в минуту). Пределом усталости (выносливости) называют наибольшее напряжение, при котором образец допускает заданное количество повторений нагрузок, не разрушаясь. [c.35]

Отмечено некоторое отличие в длительности стадий усталостного разрушения исследованных материалов. Увеличение прогиба в начале испытаний на первом участке первой стадии у образцов из сплава на основе титана и стали 30 происходит очень быстро, в течение 500—2000 циклов, длительность же второго участка первой стадии, характеризуемого уменьшением прогиба, различна. Так, максимум на диаграммах усталости для стали 30 наступает через 5—10 тысяч циклов при всех напряжениях выше предела усталости, то есть длительность первой стадии очень мала и составляет 2% от общей долговечности образцов. Длительность же первой стадии для сплава на основе титана значительно больше (14—27% от долговечности образцов). Это объясняется тем, что в стали 30 как процессы упрочнения, так и процессы разупрочнения протекают очень интенсивно, в результате чего относительно рано появляются микроскопические трещины усталости, вызывающие необратимые повреждения и снижающие усталостную прочность. Указанный вывод подтверждается известным фактом малой выносливости при перегрузках среднеуглеродистых отожженных сталей, для которых кривая повреждения (кривая Френча) проходит почти параллельно горизонтальной части кривой Велера. [c.39]

Показательным в отношении влияния неоднородности распределения напряжений по сечению является известный из экспериментов факт, наблюдаемый при испытаниях материалов на усталость в большинстве случаев предел выносливости при изгибе на 10—15% выше предела выносливости при растяжении — сжатии, когда напряжения по сечению образца распределяются равномерно. Каковы бы ни были причины этого явления, расчетные формулы, основанные на тех или иных теориях прочности, должны учитывать указанное квазиупрочнение материала. У хрупких при обычных напряженных состояниях материалов эффект упрочнения почти не проявляется. [c.199]

А. Вёлер ввел понятие о физическом пределе выносливости — максимальном циклическом напряжении, при котором нагрузка может быть приложена неограниченное число раз, не вызывая разрушения при выбранной базе (числе циклов до разрушения К). Для металлических материалов, не имеющих физического предела выносливости, предел выноашлости (7ц - значение максимального по абсолютной величине напряжения цикла, соответствующее задаваемой долговечности (числу циклов до разрушения). Для металлов и сплавов, проявляющих физический предел выносливости, принята база испытаний Ю циклов, а для материалов, ординаты кривых усталости которых по всей длине непрерывно уменьшаются с ростом числа циклов, - 10 циклов (рис. 2). Первый тип кривой особенно характерен для ОЦК - металлов и сплавов, хотя может наблюдаться при определенных условиях у всех металлических материалов с любым типом кристаллической решетки, второй тип -преимущесгвеипо у П (К - металлов и сплавов (алюминиевые сплавы, медные сплавы и др.). N(11 и N( 2 на рис.2 обозначают базовые числа циклов нагружения. На рис. 3 представлены основные параметры цикла при несимметричном нагружении и возможные варианты циклов при испытаниях на усталость. [c.7]

Исследование одновременного воздействия коррозионной среды и контактного трения на усталостную прочность титанового сплава ВТ6 с 0 = 800- 860 МПа изучено авторами работы [159]. Из кованых заготовок вырезали специальные образцы диаметром рабочей части 20 мм, моделирующие ось с напрессованными втулками. Моделировали два типа закрепления втулок конические напрессованные, передающие изгибающий момент, и цилиндрические, не передающие его. Материалом для втулок служили титановые сплавы ВТ6 (03 = 830 МПа), ПТ-ЗВ ( 3 = 730 МПа) и ВТ1 (а = 580 МПа). Запрессовку втулок производили с различным контактным давлением. Усталостные испытания вели на воздухе и в 3 %-ном растворе МаС1. Обкатывание подлежащих запрессовке частей конических и цилиндрических образцов выполняли с помощью шарикового приспособления при следующих режимах усилие обкатки Я=2000 Н, диаметр шарика 0= 10 мм скорость обкатки 350 об/мин, число проходов два. Кривые усталости образцов с напрессованными втулками, передающими изгибающий момент, при различных контактных давлениях представлены на рис. 101. Предел выносливости гладких образцов без напрессовки втулок был равен 380 МПа при испытании на воздухе и в коррозионной среде. (Напрессовка втулок на неупрочненные 162 [c.162]

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]

На рис. 2 для металлических конструкционных материалов представлены графики, характеризующие влияние частоты симметричного циклического однородного растяжения — сжатия на относительные значения предела выносливости. При этом значения ст 1, взятые на базе 100 млн. циклов на одной из частот циклического нагружения, отнесены к значению предела прочности Ов, определенному при обычной скорости рас-тяигения на стандартных образцах. В таблице даны значения обычных частот в диапазоне 7-о11 по кривым усталости проводилась экстраполяция последних до базы 10 циклов Высокочастотные усталостные испытания велись на базе 10 —10 циклов на образцах с диаметром рабочей части около 6—7 мм в условиях водяного (для черных металлов) или воздушного (для легких сплавов) охлаждения [2]. Критерием усталостного разрушения образца во время обычных низкочастотных испытаний было его окончательное разрушение, а для высокочастотных испытаний — появление достаточно развитой усталостной трещины (глубиной 2—3 мм), вызывающей заметное снижение резонансной частоты продольных колебаний образца. [c.333]

Коррозионная выносливость более крупных образцов с насадками практически не зависит от марки стали и ее статической прочности. Исследования образцов из стали 35 с насадками из нормализованной стали 45, латуни Л62, фторопласта Т4, а также с резиновыми сальниками показали [121, с. 7-10], что при всех этих насадках имеет место дополнительное снижение коррозионной выносливости образцов из стали 35. Так наличие фторопластовой втулки и резинового сальника снижает условный предел коррозионной выносливости соответственно с 95 МПа (без насадки) до 60 и 50 МПа, что примерно соответствует значению условного предела коррозионной выносливости образцов во стальными и латунными насадками. Отмечено, что на коррозионную усталость деталей с насадками влияют три фактора концентрация напряжений, циклическое трение в сопряжении вал-втулка и щелевая коррозия. В связи с тем, что влияние концентрации напряжений на уменьшение коррозионной выносливости с увеличением диаметра образца уменьшается,.а также учитывая, что существенное снижение коррозионной выносливости может иметь место и при наличии насадок из мягких материалов, не вызывающих больших контактных давлений, сделан вывод, что при испытании образцов с насадками в коррозионной среде фактор концентрации напряжений не играет решающей роли, определяющими являются циклическое трение и щелевая коррозия. Повышение коррозионной выносливости стальных образцов с увеличением их диаметра связано с влиянием относительного разупрочнения поверхности образца под действием коррозионной среды. Чем меньше диаметр образца, тем при всех прочих равных условиях сильнее влияние разупрочнения. Это положение еще в большей степени характерно для образцов с насаженными втулками, когда процессы разупрочнения усиливаются циклическим трением и щелевой коррозией. [c.145]

Как показывает практика, основными видами разрушения изделий машиностроения являются изнашивание, усталость и коррозия. ВНИИНМАШ разрабатывает общемашинострои-тельные методические материалы дифференцированно по этим видам разрушения. Были выпущены руководящие технические материалы по методам ускоренного определения предела выносливости образцов, разрабатываются стандарты на надежность изделий машиностроения, определение предела выносливости по методу Локати, проект стандарта на ускоренные испытания алюминия и его сплавов на общую коррозию и ряд других рекомендации по основным принципам ускоренных испытаний при изнашивании. [c.4]

Размеры деталей. С увеличением размеров детали ее сопротивление усталости, как правило, уменьшается. Степень влияния размеров детали (эффект масштаба) на предел выносливости оценивается отношением предела, выносливости детали заданного диаметра к пределу выносливости лабораторных образцов диаметром 7... 10 мм. Проявление эффекта масштаба зависит от свойств материала, вида нагружеция (растяжение, изгиб, 1фуче-ние), состояния поверхности и концентрации напряжений. Согласно экспериментальным данным испытания гладких конструкционных элементов эффект масштаба существенно проявляется при изгибе и кручении и практически отсутствует при растяжении, т.е. в условиях однородного напряженного состояния. Материалы, имеющие существенную струкгурную неоднородность типа чугуна и литого алюминиевого сплава, весьма существенно реагируют на изменение размера детали. [c.291]

Если разрушение деталей с концентрацией напряжений наступает после небольшого числа циклов, то имеющие место при этом высокие нагрузки вызывают местную текучесть материала с соответствующим перераспределением напряжений и уменьшением их максимума. Но при этом усталостная прочность будет выше, чем можно предположить, пользуясь теоретическим коэффициентом концентрации. Возникает вопрос, влияет ли перераспределение напряжений также на предел выносливости Текучесть материала должна происходить в течение каждой половины цикла изменения нагрузки в весьма малых пределах, не приводя к опасным результатам. Такое поведение материала имеет место, например, для гладких образцов, изготовленных из аустенитной стали. Такие образцы нагреваются под влиянием текучести материала и внутреннего демпфирования, но это не всегда приводит к их разрушению. Отметим также, что предел выносливости гладких образцов,, испытываемых на изгиб, часто бывает больше, чем при осевом нагружении, возможно, из-за перераспределения напряжений, происходящего при изгибе. В иссле,а,овании Форреста и Тапсел-ла [961] было показано, что для двух весьма пластичных материалов (мягкая сталь и относительно мягкий алюминиевый сплав) различие между результатами испытаний на усталость, при изгибе й при осевом нагружении может быть полностью отнесено за счет влияния перераспределения напряжений. [c.118]

Динамические диаграммы напряжение — деформация, полученные во время испытаний на усталость образцов из различных материалов без учета концентрации напряжений, изображены на рис. 5.2. На калгдой кривой точкой отмечено напряжение, соответствующее разрущению гладкого образца при 10 циклов. Там, где эти точки лежат за пределами линейного участка диаграммы, в образце будет воз никать циклическая пластическая деформация. В подобных случаях для образцов с концентраторами будет также возникать перераспределение напряжений, вызывающее повышение выносливости в условиях концентрации. Следует отметить, что это явление имеет место только у мягкой и аустенитной сталей. [c.119]

Для различных материалов имеют место различные соотношения. При этом следует учитывать сложность установления такого критерия на основе анализа весьма малых величин неупругих деформаций, соответствующих пределу выносливости на базе 10" циклов. Более обоснованный вывод можно сделать, если проанализировать значения деформаций в широком интервале долговечностей. Выполненный в работе [127] анализ показал, что для ряда различных по своим свойствам материалов результаты испытаний образцов при растяжении — сжатир , кручении тонкостенных и сплошных цилиндрических образцов достаточно хорошо укладываются на прямые в координатах Ig Ig TVp с пересчетом сдвиговых деформаций в нормальные с учетом = 28а,. Вместе с этим следует сделать вывод, что количество экспериментальных данных по сопоставлению неупругих деформаций, имеющих место при различных соотношениях главных напряжений, в области многоцикловой усталости весьма ограниченно, чтобы можно было сделать однозначные выводы. [c.170]

Рассеяние пределов выносливости оцениваемое средним квадратическим отклонением пределов выносливостипри испытаниях на усталость методом ступенчатого повышения напряжений , снижается с ростом а,. На рис. 2.16 приведена зависимость отношения средних квадратических отклонений S JS, и коэффициентов вариации v /v для стали 13Х11Н2В2МФ и титанового сплава ВТЗ-1 от a,j при симметричном изгибе (здесь индексом н обозначены величины, относящиеся к образцам с надрезом). Среднее квад ратическое отклонение для данных материалов снижается в образцах с концентрацией напряжения по сравнению с гладких образцов в два. .. пять раз приа З. Рассеяние пределов выносливости у гладких образцов большого диаметра меньше, чем у образцов стандартного размера [69]. [c.52]

В табл. 4.18 приведены данные исследования, еопротивления усталости титанового сплава типа ВТ6 с накладками из различных материалов. Испытания проводили по схеме /, а рис. 4.10. Исходные характеристики материала Ов=1110 МПа,, твердость ЯУ350 . предел выносливости полированного образца составлял r-i = = 616 МПа. Из результатов испытания следует что титанового-сплава зависит от твердости материала накладки чем ниже твердость накладки, тем меньше влияние фреттинга на усталость основного материала. Вместе с тем следует обратить внимание на варианты 8, 9, 11, 21, которые указывают на более сложную зависимость сопротивления усталости от свойств материалов контактирующих пар. Наибольшее снижение предела выносливости наблюдается для случая контакта титанового сплава со сталью SAE4340, когда [c.151]

При оценке конструктивной прочности материалов большое значение имеет их усталостная прочность, так как около 70 % общего числа разрушений деталей происходит вследствие усталости металлов. Поэтому повышение предельного напряжения, при котором материал не разрушается под действием циклических нагрузок, т. е. повышение предела выносливости,— одна из актуальных проблем современной науки и техники. Наибысшёй усталостной прочности стальных изделий, имеющих обычно концентраторы напряжений, прН ТО достигают с помощью улучшения, т. е. закалкой и высоким отпуском. Однако ТЦО повышает предел выносливости о 1к в сравнении с закалкой и высоким отпуском. Для углеродистой стали 45 это увеличение составляет до 30 %. Было исследовано также влияние ТЦО на усталостную прочность стали 40Х [223]. Испытуемые образцы имели концентратор напряжений с радиусом в вершине надреза 0,25 мм. Испытания пОказали, что для стали 40Х после закалки и высокого отпуска а 1к= 170 МПа, а после ТЦО (7 1к = = 190 МПа, т. е. на 12 % больше. [c.104]

Предел выносливости (усталости) в кгс1мм —максимальное напряжение, при котором материалы образца выдерживают без разрушения заданное количество симметричных циклов (от +Р до Р), принимаемое за базу. Количество циклов задается техническими условиями и представляет большое число 10 10 и т. д. Методы испытания металлов на выносливость регламентируются по ГОСТ 2860—65, [c.5]

Чтобы улучшить это положение и исключить разрушения ог усталости, была успешно применена холодная обкатка поверхности оси в области концентрации напряжений. Первые опыты при условии холодной обработки поверхностей были проведены на малых образцах, поэтому для получения достаточных данных для практических приложений, была выполнена обширная серия лабораторных испытаний с большими образцами. Три типа испытаний на усталость,, сделанных О. Д. -Хорджером в лаборрории Мичиганского университета ), представлены на рис. 333. Свойства материалов, примененных в этих испытаниях, приведен л в табл. 24. Пределы выносливости, полученные для стали Б.А.Е и для никелевой стали из обычных испытаний на усталость консольных стержней, соответственно были равны 2400 и 3400 кг[см . После прессовой посадки муфты в испытаниях по типу А (рис. 333) предел выносливости для стали З.А.Е.. уменьшился до ЮбОлг/сл . В испытаниях по типам В и С пределы [c.419]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...