Первые исследования усталости металлов

Первые исследования усталости металлов [c.197]

ПЕРВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТАЛОСТИ МЕТАЛЛОВ 199 [c.199]

ПЕРВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТАЛОСТИ МЕТАЛЛОВ 201 [c.201]

Большое развитие получает разработка вопросов сопротивления разрушению в вязкой и хрупкой области при ударном и статическом деформировании, позволившая классифицировать и в значительной мере объяснить природу возникновения двух типов изломов, охарактеризовать температур-но-скоростные зависимости механических свойств, оценить роль абсолютных размеров и напряженного состояния для хрупкого разрушения и предложить предпосылки расчета на хрупкую прочность (Н. Н. Давиденков). Эти работы способствовали решению практических задач выбора материалов и термической обработки для изготовления крупных паровых котлов, турбин, объектов транспортного машиностроения, химической аппаратуры повышенных параметров и других производств, получивших большое развитие в этот период. С этим связано и расширение работ по исследованию усталости металлов, которое сосредоточивается на изучении условий прочности и обосновании соответствующих расчетных предпосылок в зависимости от вида напряженного состояния, качества поверхности и поверхностного слоя, условий термической обработки (И. А. Одинг, С. В. Серенсен), в первую очередь применительно к легированным сталям, производство которых в больших масштабах было организовано для нужд моторостроения, турбостроения, транспортного машиностроения и других отраслей, изготовляющих высоконапряженные в механическом отношении конструкции. [c.36]

Коррозионная усталость. Уже первые исследования титана как нового конструктивного металла показали его резкое отличие от многих металлов в части коррозионно-усталостной прочности. Агрессивная среда, в частности морская вода, практически не изменяла его предел усталости, определенный на воздухе. В дальнейшем этот очень важный факт неоднократно проверялся для [c.151]

Это объясняется в первую очередь сложностью процесса усталости металлов и недостаточным вниманием при исследованиях к обоснованию взаимосвязи тех структурных характеристик, которые исследовались, и кинетики процессов зарождения и развития магистральных усталостных трещин, которые в конечном итоге приводят к усталостному разрушению. Вторая стадия усталостного разрушения — стадия развития магистральной усталостной трещины. Несмотря на большие достижения в последние годы в области описания развития тре- [c.32]

Суш.ественного прогресса в исследовании научных основ явления усталости металлов следует ожидать лишь на основе целенаправленных объединенных усилий специалистов различного профиля, в первую очередь специалистов в области механики твердого деформируемого тела, физики, материаловедения, химии и т. п. Развитие исследований по изучению явления усталости металлов в последние годы можно охарактеризовать как разработку отдельных весьма важных аспектов проблемы усталости металлов. Из таких исследований следует отметить применение теории несовершенств реальных кристаллических тел для объяснения закономерностей возникновения усталостных треш,ин на микроскопическом уровне, разработку теории предельного состояния тел с усталостными треш.инами, статистических теорий усталостного разрушения, теории циклической пластичности применительно к малоцикловой усталости, а также разработку методов оценки усталостного повреждения и кинетики его развития на основе исследования неупругости металлов. [c.3]

Первые многочисленные исследования явления усталости металлов были начаты в середине прошлого столетия, когда были проведены испытания образцов под действием повторных знакопеременных усилий при изгибе, растяжении-сжатии и кручении на специально сконструированных для этого установках. [c.306]

В своих фундаментальных исследованиях по усталостному разрушению металла под действием переменных напряжений Г. Гаф ) и Г. Мур нашли, что поверхности кристаллических зерен вблизи треш ин усталости в разрушенных образцах большей частью густо покрыты параллельными линиями скольжения. Из этих наблюдений они сделали следующее заключение так как трещины усталости ориентированы в направлении, параллельном полосам скольжения, то наиболее важные типы разрушения при усталости металлов должны быть обусловлены скольжением внутри кристаллических зерен или же связаны каким-либо образом с ним. (На фиг. 45 и 46 приводятся два примера развития трещин усталости, заимствованные из двух статей Мура и его сотрудников. В первом примере трещина идет вдоль линий скольжения, а во втором—по границам зерен. Первый пример относится к прочному, а второй— к очень слабому материалу.) [c.67]

Кроме описанных выше испытательных машин, на которых были проведены основные исследования по влиянию поверх-ностно-активных веществ на усталостную прочность стали, нами была применена предложенная С. В. Малашенко испытательная установка, позволявшая не только проводить исследования на усталость металла, но и определять циклическую вязкость металла, потерю энергии в металле (снимать характеристики затухания) и фиксировать момент появления первых трещин усталости [55]. [c.116]

Практические примеры коррозионной усталости. Первые, детально исследованные случаи коррозионной усталости, которые привели к открытию этого явления Хейсом, — было разрушение буксирных канатов траулеров во вре.мя мировой войны. В условиях эксплоатации канаты находились в состоянии сильнейшей вибрации и в то же время обдавались морской водой. Вследствие этого срок их работы был очень коротким. Дело приняло серьезный характер и в 1916—1917 гг. было исследовано Хейсом который считал, что усталость металла может увеличиваться благодаря химическим воздействия.м. Однако детальный отчет было разрешено напечатать только через 12 лет. [c.608]

По мере углубления знаний менялись и представления о деталях процесса разрушения металлов от усталости. В исследованиях первого этапа основное внимание обращалось на возникновение усталостных трещин, так как считалось, что дальнейший их рост происходит весьма быстро. Затем стали появляться исследования, показывающие, что развитие усталостной трещины может быть весьма длительным, а зародыши трещин существуют в металле практически всегда. [c.6]

Сопоставление сопротивления усталости стыковых соединений, нахлесточных соединений с прикреплением патрубков и многослойного металла с перфорационными отверстиями. Основным видом несущего соединения многослойных конструкций является стыковой монолитный шов, выполненный автоматической или ручной сваркой. Исходя из этого, при расчетной проверке многослойных конструкций на выносливость в качестве основного расчетного сопротивления принимаются характеристики сопротивления усталости стыкового соединения, устанавливаемые нормами расчета на прочность на основании результатов соответствующих экспериментов. Таким соединениям, как вварка различного рода патрубков и устройство отводов в многослойной стенке, а также другим конструктивным особенностям (устройство перфорационных отверстий) отводится второстепенная роль. Однако эти элементы в конструкциях из монолитного металла создают повышенную в сравнении со стыковыми соединениями концентрацию напряжений, которая, в большинстве случаев, является определяющим фактором, обусловливающим инициирование и развитие усталостных разрушений. Эти виды соединений могут определять также несущую способность многослойных сварных конструкций, подвергающихся в эксплуатационных условиях воздействию циклических нагрузок. Все это потребовало выполнения специальных исследований, связанных с сопоставлением сопротивления усталости рассмотренных видов соединений. Испытаниям подвергались три серии образцов первая — эталонный многослойный образец со стыковым соединением вторая — образец, воспроизводящий устройство перфорационных отверстий в многослойной стенке третья — образец, воспроизводящий вварку угловыми швами мо- [c.260]

И. А. Одинг [3] объясняет такое положение тем, что первый период изучения проблемы усталости — накопление фактического материала — очень затянулся. Причина этого состояла в том, что в процессе исследования проблемы были обнаружены многочисленные и неожиданны.е факты, имеющие большое практическое значение, которые привлекли внимание исследователей, отвлекая их от разработки теории усталостного разрушения металла. Например, в 1911 г. было обнаружено, что при грубой чистоте поверхности образцов предел усталости существенно снизился по сравнению с пределом усталости полированных или шлифованных образцов. При этом оказалось, что чем выше статическая прочность (предел прочности металлов), т. е. чем качественнее металл, тем резче снижаются показатели циклической прочности при грубой обработке поверхности образцов или деталей машин. [c.7]

Микроскопическое исследование показало, что в отличие от разрушения стали и других металлов при контактных нагрузках разрушение хромового покрытия начинается с появления на его поверхности сетки трещин. Сетка на гладком непористом хроме обнаруживается под микроскопом уже после первого миллиона циклов нагружения, независимо от толщины слоя хрома. По мере увеличения числа циклов нагружения ширина трещин увеличивается, и могут возникнуть первые язвинки, чаще всего на пересечении трещин или у их границы. Язвинки могут сливаться и образовывать области разрушения. При малой прочности стального основания (стали 45 и 25) и больших контактных нагрузках может происходить пластическое деформирование (раскатывание) рабочей поверхности, при этом в образовавшиеся трещины затекает основной материал. На более твердом основании затекания материала не происходит. Возникшие трещины развиваются в основном материале под слоем хрома, параллельно покрытию. На рис. П48 показаны шлифы стальных образцов после работы их на контактную усталость. [c.361]

Для выяснения вопроса о характере кривых коррозионной усталости и выяснения возможности получения действительного предела коррозионной усталости мы провели испытания ряда марок стали различной термической обработки на коррозионную усталость. Эти исследования показали, что в пределах до 20 млн. циклов нагружения в воде происходит для различных сортов стали различное по интенсивности снижение кривой усталости, характеризующееся тангенсом угла наклона кривых к оси абсцисс, что видно на фиг. 50. Это свидетельствует о том, что выносливость стали в коррозионных средах в первую очередь является функцией времени нахождения металла в агрессивной среде. [c.105]

Приведенные данные показывают, что характер изменения неупругой деформации за цикл хорошо соответствует структурным изменениям в металле в процессе второго и третьего периодов усталости, которые были названы периодами разупрочнения и разрушения. Что касается первого периода, то в этом случае не всегда наблюдается уменьшение неупругих деформаций с увеличением числа циклов нагружения, что должно иметь место при упрочнении металла. Это, очевидно, обусловлено тем, что приведенная классификация периодов усталости на основе исследования структурных превращений в металле не учитывает эффекта уменьшения сопротивления циклическим неупругим деформациям вследствие возникновения системы ориентированных остаточных напряжений в зернах поликристалла, влияние которых может быть весьма суш,ественным, а также влияние скорости деформирования. [c.161]

Под действием переменных напряжений в деталях механизмов и металлоконструкций ПТМ происходит постепенное накопление повреждений. Этот процесс называется усталостью, а способность деталей сопротивляться усталости — циклической прочностью или выносливостью. В начальной стадии накопления циклических повреждений происходят пластические деформации отдельных кристаллов, из которых состоит металл. Эти пластические деформации вызывают перераспределение напряжений, и на поверхности ряда кристаллов возникают линии сдвига. Пластическое деформирование сопровождается упрочнением отдельных зон кристаллов и одновременно разрыхлением структуры в области внутрикристаллических дефектов. Под действием переменных напряжений, превышающих определенный уровень, начинают образовываться из линий сдвига микротрещины. Развиваясь, микротрещины переходят в макротрещины. Последние приводят к уменьшению прочностного сечения детали, и после того как размер трещины достигает предельного значения, наступает хрупкое разрушение детали. Таким образом, процесс усталостного разрушения можно разделить на две стадии [27]. Первая стадия — до начала образования макротрещины, вторая — от момента ее образования до разрушения детали. В настоящее время еще нет достаточно апробированных общих оценок закономерностей распространения трещин в деталях ПТМ сложной конфигурации. В связи с этим расчеты циклической прочности как до образования макротрещин, так и до полного разрушения носят идентичный характер [20]. Известно, что пределы выносливости, определенные по условию образования трещины и по условию оконча тельного разрушения, совпадают при коэффициентах концентрации аа < 2 -Ь 3. При высоких коэффициентах концентрации количество циклов, при которых происходит развитие макротрещины с момента ее образования до разрушения сечения, составляет 70—80 % от общего ресурса детали. Развитие усталостной трещины происходит в результате циклических деформаций в области вершины трещины. Установлено, что в общем случае распространение макротрещины от появления до полного разрушения детали можно разделить на три этапа [27], Первый этап характеризуется малой скоростью распространения трещины вдоль полос скольжения. На втором (основном) этапе трещина растет с примерно постоянной скоростью. На третьем этапе, когда трещина имеет уже большие размеры, скорость роста увеличивается и происходит мгновенное хрупкое разрушение (долом) детали. В то же время экспериментальные и теоретические исследования так же, как и эксплуатационные наблюдения, свидетельствуют о том, что не всегда появление трещины усталости приводит к разрушению детали (образца) [27]. В ряде случаев возникают нераспространяющиеся трещины или трещины с весьма малой скоростью роста. Очевидно, что разработка и использование возможностей уменьшения [c.121]

В первой статье сборника рассматривается целесообразность использования понятия контролирующего фактора для характеристики механизма защитного действия и систематизации различных видов антикоррозионной защиты. Остальные работы сборника посвящены конкретным вопросам экспериментального исследования процессов коррозии и защиты металлических систем. В сборнике нашли отражение такие важные разделы, как исследование газовой коррозии при термообработке сплавов, коррозии и защиты металлов при травлении в кислотах, кислотостойкости металлов при повышенных температурах, коррозии нового металлического конструкционного материала — титана, его сплавов, сплавов ниобия с танталом и новые исследования по межкристаллитной коррозии нержавеющих сталей. В сборнике помещены последние работы по исследованию коррозионной усталости сталей и по коррозии и защите в некоторых производствах химической промышленности. Цель сборника — на основе современных методов исследования и имеющихся научных достижений указать некоторые новые пути и дать вполне определенные рекомендации нашей промышленности по борьбе с коррозионным разрушением. [c.3]

Весьма важной частью общей проблемы усталости является изучение закономерностей развития трещин в металлах и полимерах при цикличе-ческом нагружении. Еще первыми исследователями явления усталости было замечено, что разрушению обычно предшествует длительное устойчивое развитие трещины. Последующие исследования показали, что около 30—60% всего времени до разрушения в изделии, подвергающемся циклической нагрузке, растет трещина (С. В. Серенсен, Р. М. Шнейдерович ж Н. А. Махутов, 1966). Экспериментальные данные по этому вопросу, однако, достаточно разноречивы вследствие трудности обнаружения начальной развивающейся трещины. [c.413]

Первый труд, излагающий вопросы металловедения с точки зрения прочности. Книга широко используется в качестве учебного пособия в машиностроительных втузах, а также в заводских лабораториях и научно-исследовательских институтах. На базе современного представления о строении металлов в ней излагаются механические свойства металлов статическая прочность, пластическая деформация, усталость и ползучесть металлов, остаточные напряжения, механические свойства однокристальных металлов. В книге приведено большое количество результатов собственных исследований. [c.10]

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]

Несмотря на сравнительно слабое развитие отечественных механических лабораторий дореволюционного периода и ограниченные материальные возможности, уже в первые годы деятельности советских научно-исследова-тельских институтов были достигнуты в ряде случаев важные результаты например, обоснование схемы перехода от вязкого к хрупкому разрушению твердых тел (А. Ф. Иоффе и др.), применение динамических способов измерения модуля упругости металлов, исследование усталости стали как фактора прочности металлоконструкций (К. К. Симинский и т. д.). [c.35]

Первые систематические исследования в области проблемы усталости металлов принадлежат А. Велеру, работы которого впервые были опубликованы в I858 г. С этого периода на протяжении 100 лет над решением проблемы природы усталостных (разрушений работает большое число ученых в нашей стране и за рубежом. [c.7]

Глава I монографии посвяш.ена изложению фундаментальных вопросов проблемы усталости металлов, в первую очередь при многоцикловом нагружении. Изучаются особенности деформирования и разрушения металлов при малоцикловом и многоцикловом нагружениях. Приводятся результаты исследования структурных изменений в металлах при циклическом нагружении. Анализируется влияние конструктивных, эксплуатационных и технологических факторов на величину предела выносливости конструкционных сплавов. Излагаются феноменологические теории усталостного разрушения металлов. Описываются обш,ие представления о кинетике развития усталостных треш.ин и критериях перехода от стабильного к нестабильному распространению треш ин. Приводятся некоторые данные о закономерностях усталостного разрушения металлов при комплексном воздействии различных повреждаюш их факторов. [c.3]

Первые исследователи этого явления считали, что при переменных напряжениях происходит перерождение структуры металла, он как бы устает. Отсюда и пришли названия — усталость металла, усталостное разрушение. Но дальнейшие исследования показали, что структура металла не меняется. По современным представлениям природа усталостного разрушения связана с неоднородностью строения материала. Локальные неоднородности структуры металла (их называют дислокациями) являются местами, около которых сосредоточиваются пластические деформации, происходяш ие еш е при напряжениях, меньших предела текучести. Дислокации могут при каждом цикле нагружения при достижении некоторого уровня напряжений слегка перемеш,аться. Когда они встречаются — происходит их слияние. В результате в конце концов образуется микротре-ш,ина, которая постепенно растет, поглош,ает все новые и новые дислокации и превраш,ается в макротреш,ипу (зона Б). Дальнейший рост треш,ины все более и более ослабляет сечение, и деталь наконец разрушается. [c.465]

По первой теории — преимущественное протекание коррозии в определенных зонах металла связывается с потенциальной энергией, а по второй — с кинетической энергией. Чтобы разобраться в этих вопросах, Уитвам провел исследование на двух сериях образцов. Одна серия была подвергнута последовательно двум испытаниям сначала на усталость в отсутствие коррозионной среды, а затем в условиях воздействия коррозионной среды. Вторая серия образцов подвергалась испытанию только в условиях воздействия коррозионной среды, минуя первую стадию (усталость без коррозионного воздействия). Если бы основной причиной являлось наличие неупорядоченной структуры в металле, то у первой серии образцов потребовалось бы значительно меньшее время до разрушения, чем у образцов второй серии. В действительности же существенного различия не было обнаружено и можно было сделать вывод, что сокращение времени до разрушения имеет место в том случае, когда химическое воздействие происходит одновременно с действием переменного напряжения [8]. [c.649]

В целом создается первое впечатление, что подобного рода разрушение связано с изменением кристаллической структуры металла. Именно этим и обт.яснялось в свое время разрушение при циклических напряжениях. Описанное явление получило тогда название усталости, а направление исследований, связанных с прочностью, стало называться усталостной прочностью. В дальнейше.м точка зрения на пршшны усталостного разрушения изменилась, но сам термин сохранился. [c.389]

К этому времени относятся фундаментальные работы В. П. Ветчинкина (1888—19.55) но определению критического числа оборотов длинных валов, Б. Г. Галеркина (1871 —1945) но расчету пластин, Н. М. Беляева (1890— 1944) по теории пластических деформаций, проблемам усталости и ползучести металлов, контактных напряжений и т. д. Теория упруго-пластнче-ских деформаций развивается и используется для решения задач о сопротивлении как при статическом, так и при скоростном деформировании, что позволяет и в машиностроительных расчетах отразить принципы предельной несуш,ей способности. В 1938 г. Академией наук СССР была проведена первая научная конференция по пластическим деформациям, показавшая как новые результаты исследований в машиностроительной и строительной области, так и перспективы их развития. [c.36]

Под термической усталостью понимают появление в детали трещин вследствие действия циклических термических напряжений [4]. Эти напряжения возникают при отсутствии возможности свободного изменения геометрических размеров детали. Трещины термической усталости появляются после некоторого числа теплосмен. Исследования Ю. Ф. Баландина показали, что еще до образования трещин термической усталости в материале происходят необратимые структурные изменения, влияющие на кротковременные и длительные характеристики металла. Эти изменения могут также вызвать изменение размеров детали. Первые трещины термической усталости возникают на поверхности изделий и трудно различимы, особенно на литых необработанных поверхностях. При последующем увеличении числа циклов количество трещин и их размеры возрастают. Образуется сетка трещин, возникают разрывы стенок, и деталь разрушается. Следует учитывать, что действие теплосмен на деталь, как правило, происходит одновременно с действием механических нагрузок (от давления, центробежных сил и т. п.), остаточных напряжений, коррозионной среды, и т.д. Таким образом, повреждения детали определяются суммарным действием всех перечисленных выше факторов. Следует отметить, что при анизотропии свойств металла детали, т. е. при различных коэффициентах линейного расширения, могут появиться термические напряжения второго рода. [c.22]

Впоследствии было изучено [199], на сколько описанйая выше ТЦО стали 22К увеличивает характеристики сопротивления разрушению. Получены данные по влиянию ТЦО на выносливость при много- и малоцикловой усталости стали 22К, определена также ударная вязкость разрушения. В этих экспериментах использовали металл листового проката толщиной 160 мм. ТЦО заготовок и их закалку с высоким отпуском по стандартной технологии производили в производственных условиях путем нагрева до 850 °G (первый цикл) и до 780—800 С (два последующих цикла) с промежуточными охлаждениями на воздухе до 500 °С. Металлографические исследования показали, что в этом случае произошло измельчение зерна от 5 до 9—12 баллов. При ТЦО снижается критическая температура начала перехода стали в хрупкое состояние на 25 С по сравнению с обычной нормализацией или закалкой с высоким отпуском. Такое снижение Гко объясняется двумя факторами измельчением зерен и глобулярной формой карбидной фазы. [c.230]

В связи с этим были проведены исследования с целью установления влияния режимов термической обработки на усталостную прочность никелированных образцов из стали П-1 (толщина покрытия 40 мк). Покрытие образцов производилось в кислой и щелочной ваннах тех же составов. Нетермообработанные никелированные образцы не подвергались испытаниям, так как, во-первых, такие покрытия не могут применяться без предварительной термообработки (слабое сцепление, низкая твердость и т. д.) и, во-вторых, в литературе имеются многочисленные данные о том, что нетермообработанное химическое никелевое покрытие практически не оказывает влияния на усталость стали в силу слабого сцепления с основным металлом. [c.121]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...