Усталостные закономерности

Учитывая сказанное, усталостную закономерность для подшипников представим схематично также состоящей из трех участков (рис. 5.52). При нагрузках равных и меньших Рд материал в расположении дорожки качения колец и тел качения находится целиком в упругом состоянии. Поэтому усталостные повреждения не образуются. Этому соответствует горизонтальный участок зависимости. [c.366]

Рис. 5.52. Усталостная закономерность для подшипников качения

По аналогии с принятой терминологией при построении усталостных закономерностей по результатам испытаний образцов на изгиб с вращением величину можно назвать пределом контактной усталости. [c.367]

Таким образом, проведенные исследования позволили отклонить предположения о разрушении металла коллектора в результате снижения малоцикловой прочности или коррозионного растрескивания. Необходимо подчеркнуть, что и по другим характеристикам, таким, как хрупкая прочность, сопротивление усталостным разрушениям на стадии зарождения и развития трещин на воздухе и в коррозионной среде, были подтверждены высокие показатели, при которых преждевременное разрушение коллектора не должно было бы произойти. Вместе с тем, эксперименты по замедленному деформированию (растяжение гладких образцов с малой скоростью деформирования) в коррозионной среде показали, что при составе среды, соответствующей отклонениям, имевшим место в процессе эксплуатации разрушившихся коллекторов (низкий водородный показатель pH, присутствие кислорода), может происходить значительное снижение пластичности стали, причем тем большее, чем ниже скорость деформирования. Такая закономерность соответствует зависимости критической деформации от скорости деформирования в условиях ползучести материала (см. гл. 3). Данное обстоятельство привело к необходимости изучения возможных временных процессов деформирования материала коллектора при стационарном нагружении. Выполненные эксперименты, ре-з льтаты которых будут представлены ниже, показали, что [c.328]

Выявленные закономерности проявления неустойчивости усталостной трещины при циклическом нагружении, как и наиболее информативном виде нагружения, для установления отклика системы на внешнее воздействие позволяют выделить пороговое значение К, в точках неустойчивости трещины отрыва в условиях плоской деформации. 1 Указатель динамической структуры п сохраняет свое значение во всей области реализации отрыва по типу I, поэтому между пороговыми значениями К, , и п с учетом (4.39) существует зависимость [c.309]

Схема процессов, происходящих на 3- й стадии ускоренного РУТ, представлена на рис. 40. Как и на первой стадии, на закономерности распространения трещины здесь сильное влияние оказывает микроструктура материала, асимметрия цикла и размеры образцов. На усталостном изломе, наряду [c.62]

Кратко остановимся на рассмотрении некоторых из этих факторов. Следует отметить, что различные факторы часто по-разному влияют на циклическую прочность гладких образцов (без концентратора напряжений) и закономерности хода кинетических диаграмм усталостного разрушения, которые строятся с использованием образцов с заранее выращенной исходной усталостной трещиной. [c.77]

Усталостные разрушения не имеют следов пластической деформации Б очагах зарождения трещин. При числе циклов нагружения N < 10 наблюдаются разрушения малоцикловой усталости. Закономерности малоциклового разрушения занимают промежуточное положение между статической и усталостной прочностью. В частности, локальный характер усталостной прочности, зависимость от состояния поверхности проявляются при малоцикловой усталости в меньшей степени. [c.460]

Приведены сведения о коррозии и коррозионно-усталостном разрушении металлов. Дан анализ современных методов и средств изучения коррозионной усталости. Рассмотрено влияние на коррозионную выносливость металлов структуры сплавов, агрессивности среды, масштабного фактора, частоты приложения механической. нагрузки и др. Приведены закономерности коррозионно-усталостного разрушения сталей, подвергнутых упрочняющим поверхностным обработкам. Изложены вопросы электрической защиты металлов от коррозионно-усталостного разрушения. [c.62]

Однако более правильно в этом случае не просто подбирать под-> ходящий закон, а рассмотреть схему возникновения отказа, поскольку имеет место последовательное действие причин, приводящих к отказу. Вначале должна проявиться причина (событие Л), приводящая к последующему процессу разрушения. Возникновение события А подчиняется закономерностям внезапного отказа. Затем наступает процесс старения (износ, развитие усталостной трещины), в результате чего может возникнуть отказ. Это событие Б — зависимое от Л, т. е. В А), так как процесс старения может начаться только после появления причины А. [c.150]

Во-вторых, процесс определяется свойствами самих окисных пленок либо они, отрываясь от основного металла, удаляются со смазкой, а на поверхности появляется новая пленка, либо идет непрерывное механическое изнашивание пленок, когда их разрушение подчиняется тем же закономерностям (в том числе усталостным), но с учетом механических характеристик пленок. [c.235]

Следует отметить, что на другие виды разрушения материалов в разной степени влияют масштабный фактор и конструкция детали. Так, при оценке коррозионной стойкости материала результаты, полученные для образца, при сохранении внешних условий могут быть, как правило, использованы для различных деталей. Однако, если испытывается усталостная или коррозионно-усталостная прочность материала, то форма и размеры образцов (которые стандартизованы) оказывают существенное влияние на процесс разрушения, поскольку не только вид нагружения, но и конструкция детали и технология ее обработки (шероховатость поверхности) определяют напряженное состояние и выносливость материала. Как известно, для усталостного разрушения разработаны методы пересчета на другой цикл нагружения, а также методы оценки концентрации напряжения и масштабного фактора. Это позволяет более широко использовать результаты испытания образцов для определения усталостной долговечности деталей различных конструктивных форм. В общем случае можно сказать, что применяемая схема испытания стойкости материала отражает уровень познания физики данного процесса. Чем глубже наши знания в раскрытии закономерностей процесса, тем больше методы испытания стойкости материалов абстрагируются от конструктивных форм изделий и отражают свойства и характеристики самих материалов. [c.487]

Эксперименты осуществляются на специальном стенде (рис. 3.5), состоящем из двух установок, имеющих общий привод. Одна из них предназначена для определения долговечности, а вторая — для исследования закономерностей зарождения и распространения усталостных трещин [64]. [c.34]

Исследование закономерностей зарождения и распространения усталостных трещин можно проводить также на плоских образцах при пульсирующем нагружении с постоянной амплитудой (рис. 3.8). Образец 11 закреплен шарнирно на двух опорах и нагружается в [c.35]

Благодаря статистическому анализу результатов усталостных испытаний сплавов удается выявить некоторые закономерности усталостных свойств титана, которые не удается раскрыть при обычном определении среднего предела выносливости. Следует отметить, что большой разброс данных при циклических испытаниях сплавов заставляет строить полные вероятностные кривые не только для определения гарантированного предела выносливости металла с заданной надежностью (вероятностью) неразрушения, но даже при выборе сплава, так как по средним значениям предела выносливости (при Р-, = Б0 %) может быть выбран один сплав, а по вероятности неразрушения 99,9 % —другой сплав из-за меньшего разброса данных по его долговечности. При статистическом анализе более точно можно подобрать и математическую форму кривой усталости в координатах а—1дЛ/, что дает более точные сведения о пределе выносливости при большом количестве циклов нагружения. Например, при сравнении крупных поковок из сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 среднее значение предела выносливости у первого оказалось на 20 МПа выше, что находится в пределах разброса данных при построении полных вероятностных диаграмм из этих сплавов выяснилось, что сплав ВТ6 по пределу выносливости с вероятностью неразрушения 99,9 % при Л/= 10 цикл превосходит сплав ПТ-ЗВ более чем на 70 МПа. Статистический анализ позволил определить предел выносливости сплава ВТЗ-1 при если при Л/=10 цикл средние пределы были равны 430, 320, 197 МПа (соответственно для гладких образцов и надрезанных при а. =1,4 и . = 2,36), то при N- °° пределы выносливости оказались равными только 312, 217 и 72 МПа [96]. [c.142]

Исследования закономерностей накопления усталостных повреждений при меняющихся амплитудах напряжений показали, что сумма относительных долговечностей может существенно отличаться от единицы, т.е. приведенное выше уравнение не выполнялось. В последние годы сумму [c.190]

В низкоуглеродистых сталях и других деформационно стареющих материалах наблюдается четкий предел выносливости, т. е. ниже некоторого значения приложенного напряжения усталостная долговечность образцов неограниченно велика. Важность деформационного старения подтверждается так называемым эффектом тренировки образец в течение длительного времени подвергают циклическому нагружению при напряжениях ниже предела выносливости, после чего его усталостная долговечность существенно повышается благодаря увеличению напряжения течения в результате деформационного старения. Ранее считалось, что предел выносливости является характери-ристикой, отражающей сопротивление материала зарождению разрушения (т. е. зарождению усталостной трещины). В настоящее время взгляд на предел выносливости несколько трансформировался. Показано, что усталостная трещина может зарождаться и прорастать через поверхностные слои образца при напряжениях меньше предела выносливости, но не развивается в глубь образца и не приводит к разрушению [263, 423]. Таким образом, наличие предела выносливости не является следствием невозможности зарождения трещины, а скорее неспособности ее распространения в материале при данном уровне напряжений [152]. Данная закономерность позволяет связать предел выносливости с пороговым значением коэффициента интенсивности напряжений AKth, характеризующим отсутствие развития трещины при АК < А/Сгл- Указанный подход был нами использован при прогнозировании влияния асимметрии нагружения на предел выносливости. Подробное изложение полученных по данному вопросу результатов будет приведено в подразделе 4.1.4. [c.128]

Рассмотрим некоторые лeд tвия разработанной модели и их физическую интерпретацию применительно к распространению усталостных трещин в сталях средней и высокой прочности. Для этого кратко остановимся на результатах структурного изучения процесса разрушения при росте усталостных трещин. Фрактографические исследования показывают, что поверхность разрушения при развитии усталостных трещин в указанных сталях представлена в основном следующими фрактурами чисто усталостной, для которой характерно наличие вторичных микротрещин [146] (в данной работе эта фрактура названа чешуйчатой), а также фрактурами хрупкого типа (микро- и квазискол) [57, 113, 283]. Бороздчатый рельеф, свойственный усталостным изломам большинства металлов с ГЦК решеткой, как правило, отсутствует либо наблюдается в ограниченном диапазоне условий нагружения, как и участки с меж-зеренным и чашечным строением [57, 113, 372, 389]. Доля различных фрактур в изломе существенно зависит от условий испытания. Для сталей средней и высокой прочности можно отметить следующие общие закономерности изменения усталостного рельефа с ростом размаха коэффициента интенсивности напряжений доля микроскола с увеличением АЯ уменьшается при переходе от первого ко второму участку кинетической диаграммы усталостного разрушения иногда появляются области межзеренного разрушения на втором участке доминирует усталостная фрактура с микротрещинами на третьем участке кинетической диаграммы усталостного разрушения в ряде случаев наблюдаются бороздчатый рельеф и области с ямочным строением. [c.221]

Использованные модельные представления в основных чертах не противоречат отмеченным закономерностям. Так, основная особенность строения усталостных изломов — наличие вторичных микротрещин, — как видно, вытекает из принятых представлений (см. подраздел 2.3.2, рис. 2.29). Анализ НДС у вершины трещины показал, что с ростом АК значительно увеличивается размах деформаций и весьма незначительно — максимальные напряжения Отах- Такая ситуация приводит к увеличению критической длины микротрещины If с повышением А/С [см. (2.105)] и, следовательно, к уменьшению области нестабильного роста микротрещин — зоны микроскола, равной d—If (d —диаметр фрагмента субструктуры). В пределе при If = d область микроскола становится равной нулю, что может быть интерпретировано как переход к чисто усталостному излому. [c.221]

Допущение об однородности НДС в структурном элементе основывается на физических закономерностях, аналогичных рассмотренным при анализе роста трещин усталости (см. подраздел 4.1.4), так как при хрупком, вязком и усталостном разрушениях необходимым условием зарождения повреждений (мнкро-трещин, микропор) является определенная концентрация напряжений в голове плоских скоплений дислокаций. При размере пластической зоны меньшем, чем диаметр зерна, повреждения не образуются. Если допустить, что НДС однородно, получим в этом случае отсутствие пластической деформации в структурном элементе (см. подраздел 4.1.4). Так как нас интересует пластическое деформирование не само по себе, а утилитарно — с точки зрения накопления повреждений, то предложенная фор- [c.231]

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]

Выше было сказарю, что для описания закономерностей распространения усталостных трещин (РУТ) широко используются подходы линейной механики разрушения. В обпдем случае раскрытие трещины в твердом теле может быть осуществлено тремя путями (модами) при нормальных напряжениях возникает трещина типа "отрыв" (тип I) при плоском сдвиге образуется трещина типа И, или трещина типа "сдвиг" трещина типа "срез", или типа III, образуется при антиплоском сдвиге (рис. 30). [c.51]

Прежде чем перейти к более детальному рассмотрению основных стадий и закономерностей распространения усталостных трещин, следует остановиться на эффекте закрытия усталостной трещины (fatigue ra k losure), впервые обнаруженном В. Элбером. Сущность этого эффекта состоит в том, что усталостная трещина может остаться закрытой из-за смыкания ее берегов позади вершины на протяжении определенной части цикла нагружения. На рис. 33 представлены схемы раскрытия бере) ов усталостной трещины. По В. Элберу смыкание берегов трещины происходит в результате наличия на них остаточной пластической деформации, поскольку при разгрузке берега усталостной трещины могут сомкнуться раньше, чем наступит полное снятие нагрузки. Этот механизм закрытия трещин характерен для пластичных металлов и сплавов, испытываемых в условиях плоского напряженного состояния (рис. 33, а, б). [c.53]

В последние годы для анализа сложной поверхности статического и усталостного разрушения, наряду с обычной фрактографией, все шире используются методы фрактальной и мультифрактальной параметризации. Дело в том, что большинство сложных объектов и структур в природе обладают фундаментальным свойством геометрической регулярности, известной как инвариантность по отношению к масштабу, или самоподобие. Если рассматривать эти объекты в различном масштабе, то постоянно обнаруживаются одни и те же фундаментальные элементы. Эги повторяющиеся закономерности определяют дробную, или фрактальную размерность структуры. Фрактальная геометрия описывает природные фюрмы имтцнее и точнее, чем евклидова геометрия. По определению Б. Мандельброта называется [c.66]

Рис. 51. Влияние толщины образца на закономерности распространения усталостных трещин в сталях 15Х2ЛМФА (кривые 1 и 2) и 15Х2МФА (кривые 3 и 4) при комнатной температуре 1,3- толщина образца 0,025 м

СгЫ1Мо 6. Видно, что с увеличением теоретического коэффициента концентраций предел выносливости резко снижается. Однако в области малых долговечностей при высоких амплитудах напряжения наблюдается обратная закономерность чем больше концентрация напряжения, тем больше долговечность. Этот эффект объясняется тем, что при высоких амплитудах напряжения в вершине концентратора напряжений с первых циклов нагружения возникает область локальной пластической деформации, которая упрочняет металл, и это приводит к более позднему зарождению усталостной трещины. [c.88]

Причиной всех перечисленных видов разрушения является появление и развитие трещины, поэтому наряду с оценкой чувствительности материалов к трещине, больщое значение приобретает анализ закономерностей развития трещины. Трещины начинают развиваться задолго до полного разрушения при усталостном, пластическом и даже хрупком разрушении. Длительность процесса разрушения, т. е. роста трещины до полного разрушения, занимает значительную часть жизни детали, доходя до 90% и выше. Главное при эксплуатации детали не наличие у нее трещины, а темп ее роста. Рассмотрим, какие типы трещин встречаются в практике. [c.320]

Для оценки скорости роста усталостных трещин использовались эмпирические формулы, в которые не входили параметры механики разрушения. Однако только введеипе в число параметров (влияющих па распространение трещины) коэффициента интенсивности напряжений позволило судить об общих закономерностях роста трещины при повторном (циклическом) нагружении. И это естественно, так как рост трещины усталости происходит на фоне упругих деформаций, кдгда справедливы критерии линейной механики разрушения. [c.258]

Формулы (30.1)—(30.6) применяются как для малоциклово усталости, так и для обычной (миогоциклоЬой) усталости. Разумеется, это удобно, но в то же время необходимо проявлять осторожность при обращении с эмпирическими коэффициентами. Дело в том, что закономерности механизма усталостного явления) различны при малоцикловой и мпогоцикловой усталости. Эти различия могут даже привести к разрыву кривой Веллера (зависимость Отах цикла ОТ N) В области ограниченной выносливости.. При этом в одном случае трещина идет по телу зерна, в другом — по его границе. Отсюда также впдно, что характеристики усталостной прочности должны зависеть от структуры материала.. Поэтому надо учитывать возможную зависимость эмпирических коэффициентов от уровня максимальных напряжений цикла. [c.261]

Для курса сопротивления материалов, отражающего развитие механики деформируемого твердого тела и усовершенствование расчета на прочность современных конструкций, все более актуальным становится освещение вопросов механики разрушения как основы оценки несущей способности по сопротивлению хрупкому и усталостному разрушению. Эти критерии несущей способности в свете закономерностей распространения макроразру-щения входят в тесную связь между собой, существенно углубляя представления о кинетике образования предельных состояний и запаса прочности в процессе исчерпания ресурса при работе изделий. [c.3]

Так, выявлены закономерности, оценивающие типичные процессы коррозии -как функции времени [63], делаются попытки оценить скорость развития усталостных трещин [164], получены данные для оценки протекания процессов ползучести 1111], имеются закономерности, описывающие изменения свойств масел в процессе их эксплуатации [211], изменения коэффициента трения при работе сопряжения, коробление отливок от остаточ ных напряжений, изменение во времени свойств полимерных материалов [200] и др. [c.65]

Исследованиями трещиностойкости при циклическом нагружении титановых сплавов выявлен ряд закономерностей и особенностей развития трещин в титане. Так, при построении диаграммы усталостного разрушения сплава ВТЗ-1 в пэрисовских координатах (рис. 98) [111] установлено следующее. Первый участок диаграммы очень крутой явно выраженным пороговым значением /<" /, = 7,85—8,98 MПav . Средний участок сильно развит, он распространен от v= Ш до v = = 7-10 м/цикл. Третий участок слабо развит, начало его лежит п м/цикл, а100 МПа /тй [c.147]

Установлены основные закономерности изменения предела выносливости титановых сплавов в результате горячей пластической обработки, которая в общем случае значительно повышает усталостную прочность литого металла. Деформация в области существования а- и /3-фаз по сравнению с деформацией в /Зюбласти несколько повышает значения усталостной прочности титановых сплавов. Так, по данным [ 117, с. 333 125 126], ковка сплава типа ВТ6 в /З-области понизила предел выносливости по сравнению с ковкой в (а+ /3) области на 12 %. По данным [117, с. 333], это повышение мало заметно. Существенное значение имеет степень горячей пластической обработки чем более деформирован металл при прочих равных условиях, тем выше его усталостная прочность. При этом наибольшее увеличение предела выносливости происходит при 6 = 300- 400 %. При большей степени деформации предел выносливости изменяется мало. [c.150]

Несгационарность нагружения. При эксплуатации конструкций отдельные детали часто подвергаются нестационарным циклическим нагрузкам. Фактических данных по влиянию нестационарности циклического нагружения на усталостные свойства титановых сплавов мало. Автор работы [ 166] определял влияние циклических перегрузок на усталостную прочность сплава титана ПТ-ЗВ и стали марок 15 и Ст4. Он пришел к выводу, что у материалов, которые имели близкий предел выносливости, одинаковые кратковременные циклические перегрузки могут приводить и к упрочнению, и к разупрочнению, однако закономерности при этом не установлено. Сплав ПТ-ЗВ показал наименьшую чувствительность к перегрузкам. И.В. Козлов, Н. И. Вассерман и др. [ 167] провели исследования усталостной прочности образцов диаметром 10 мм сплава ВТ6 (Ов = 680 МПа, 5 = 16 %, 0= 49 %) при нестационарном нагружении круговым изгибом. Испытание большого количества образцов каждой партии позволяло с достаточной достоверностью проводить статистический анализ результатов и получать вероятностную картину предела выносливости при заданном числе циклов. Это дало возможность исключить влияние на получаемые усталостные характеристики естественного разброса при испытаниях. Прежде всего было определено действие предварительного нагружения циклическими напряжениями ниже стационарного предела выносливости на вторичный предел выносливости (рис. 108). Из рис. 108 видно, что предварительное нагружение сплава ВТ6 приводит к заметному повышению вторичного предела выносливости, несколько большего в области малой вероятности разрушения. [c.172]

Отметим основные закономерности повышения предела выносливости титановых сплавов в результате ППД, общие для различных методов. Установлено [191, 192], что эффективность ППД в прлной мере сохраняется до температуры примерно 200°С, а частично до 500°С и даже выше. Эффект не изменяется во времени и в средах, не опасных для титановых сплавов без ППД. Положительное влияние ППД на усталостную прочность в определенной степени сохраняется даже при полном снятии остаточных сжимающих напряжений низкотемпературным отжигом вплоть до рекристаллизационного. В этом случае положительное действие ППД можно объяснить "облагораживанием" микроструктуры поверхностного слоя, которая после наклепа и рекристаллизации становится очень одно-(Х)дной, мелкозернистой, т.е. наиболее благоприятной по сопротивлению появлению усталостных трещин. Кроме того, благодаря измельчению зерна и субзерен процесс образования пластических микросдвигов затрудняется и усталостная прочность растет. [c.200]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...