Сопротивление материалов Усталость металлов при циклических нагрузках

Весь сложный комплекс явлений, составляющих существо процесса накопления повреждений при циклических нагрузках, объединяют общим термином — механическая усталость или просто усталость материала. В настоящее время принято считать, что усталостные повреждения на начальной стадии их развития связаны с пластическими деформациями в отдельных зернах поликристаллического агрегата, каким является каждый конструкционный металл или сплав. Указанные пластические деформации возникают лишь в отдельных зернах, ориентированных таким образом, что их плоскости наименьшего сопротивления скольжению близки к плоскостям действия максимальных касательных напряжений. Ориентированные таким образом зерна пластически деформируются еще на ранней стадии нагружения, на которой весь массив кристаллитов в целом ведет себя как упругое тело. Полагают, что соответствующий уровень напряжений составляет примерно 0,6... 0,7 от условного предела текучести То,2. Пластическое деформирование сначала в одном, а затем в обратном направлении сопровождается некоторыми разрушениями, происходящими в микроскопических объемах материала. Возникающие при этом микротрещины постепенно растут и частично сливаются от цикла к циклу. Более длинные трещины растут быстрее, а значительная часть наиболее мелких трещин прекращает свой рост вскоре после своего зарождения. В итоге слияния нескольких микротрещин раньше или позже возникает магистральная трещина, которая вначале видна лишь под микроскопом, а затем по мере развития — невооруженным глазом. Иногда образуется сразу несколько магистральных трещин. [c.334]

Цикличность изменения нагрузки и температуры, ускоряя рекристаллизацию металла и коагуляцию упрочняющей фазы, также обычно увеличивает скорости ползучести и, кроме того, вызывает усталость металла, в том числе и термическую. Поскольку рабочие напряжения сжатия в электродах при высоких температурах превосходят предел текучести материала, циклическое нагружение происходит в области малых долговечностей. Окисление рабочей поверхности электродов, увеличивая сопротивление контактов электрод— деталь, приводит к еще большему нагреву металла при прохождении тока. В результате периодического нагружения при ползучести в металле электродов могут образовываться микротрещины. Наличие микротрещин ползучести, вызывая концентрацию напряжений, ускоряет образование усталостных трещин, а те, в свою очередь, способствуют разрушению при ползучести, а именно быстрому износу и увеличению исходного диаметра рабочей поверхности электродов (в случае электродов с плоской поверхностью). [c.6]

Особенно интенсивно эти эффекты проявляются в области малоцикловой усталости. Пластически деформированный объем в вершине трещины работает именно в этих условиях и снижает в результате циклического воздействия свое сопротивление разрушению. Таким образом, хрупкое разрушение пластически деформируемого циклическим нагружением объема металла в вершине трещины присходит при нагрузках ниже, чем при монотонном пластическом деформировании его. Трещина, пройдя поврежденный циклическим воздействием объем, попадает в неповрежденный материал вне зоны пластической области, подвергнутой циклическим деформациям, у которого сопротивление хрупкому разрушению выше. Затем описанный процесс повторяется до нового скачка трещины. При хрупком разрушении пластически деформированной циклической нагрузкой области в вершине трещины происходит резкое увеличение скорости деформации и трещина может затормозится в неповрежденном циклической пластической деформацией объеме только при условии, что коэффициент интенсивности напряжений будет ниже динамического критического коэффициента интенсивности напряжериш. [c.326]

Малоцикловая усталость. Кривые малоцикловой усталости при мягком нагружении (амплитуда напряжений постоянная) для титановых сплавов, как и для других металлов, можно условно разбить на три типичных участка первый — неразрушения, второй и третий — соответственно квазистатического и усталостного разрушения. На первом участке, лежащем в интервале до —40—50 циклов, разрушения при амплитуде напряжений ниже временного сопротивления не происходит. На втором участке материал разрушается в результате циклической ползучести после исчерпания его пластичности и носит явно выраженный квазистатический характер (наличие шейки, большая остаточная деформация). Усталостное разрушение, наблюдающееся на третьем участке, характеризуется низким остаточным удлинением и специфическим усталостным видом излома. Протяженность участка квазистатического разрушения для титановых сплавов меняется в достаточно широких прёделах (от 40 до 20 ООО циклов) и при прочих равных условиях зависит от температуры испытания. Типичные Кривые малоцикловой усталости титановых сплавов [84] при пульсирующей нагрузке растяжением представлены на рис. 77. При жестком циклическом нагружении (амплитуда [c.164]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...