Особенности и причина усталостных разрушений

Особенности и причина усталостных разрушений [c.405]

Физические причины усталостного разрушения материалов достаточно сложны и не до конца изучены. Одной из причин усталостного разрушения принято считать образование и развитие трещин. Поскольку структура всех материалов не является однородной, на границах отдельных включений и вблизи микроскопических пустот и различных дефектов возникает концентрация напряжений, приводящая к появлению микротрещин. В результате действия периодических, в особенности, знакопеременных напряжений микротрещины растут, соединяются, и в результате этот процесс приводит к образованию одной или нескольких макротрещин. Последние и являются причиной усталостного разрушения. Наличие трещин при усталостном разрушении подтверждается натурными наблюдениями и анализом характера места разрушения. [c.323]

Ударные воздействия также могут явиться причиной разрушения объекта. Часто повреждения, вызываемые ударом, носят характер хрупких разрушений. Однако многократные удары могут приводить и к усталостным разрушениям, особенно в тех случаях, когда периодическое ударное воздействие оказывается способным вызвать резонансные колебания объекта. [c.22]

Рентгеновская дефектоскопия, основанная на современных томографических подходах к воспроизведению состояния внутренних частей замкнутого объема, существенно повышает достоверность результатов неразрушающего контроля. Состояние поверхности, как и расположение отдельных частей внутренних объемов конструкции или блока элементов, может быть зафиксировано в момент контроля без искажения взаимного расположения всех элементов. Однако даже в этом случае возможно влияние чисто психологических особенностей восприятия информации при проведении контроля. Так, например, в полете самолета D -9 оторвался хвостовой обтекатель вместе с дверью эксплуатационного люка задней герметической перегородки [120]. Самолет совершил удачную посадку спустя 38 мин после происшествия, причиной которого явилось возникновение и распространение усталостной трещины с разрушением задней герметической перегородки кабины. Происшествие произошло 17 сентября, а 5 мая того же года было выполнено полное регламентное обслуживание самолета, включая рентгеновскую дефектоскопию зон, где произошло усталостное разрушение. Снимки находились в документах контроля и были подвергнуты анализу. Оказалось, что на снимках видны трещины и в доку- [c.68]

Более опасной для лопаток турбин является коррозионная усталость, которая представляет собой снижение напряжений, вызывающих разрушение при заданном числе циклов колебаний под воздействием коррозионно-активных веществ. Как показывают исследования, для стали с 13%-ным содержанием хрома (рис. 8.10,6) при коррозионной усталости кривые усталости распо-. лагаются ниже нормальной кривой, полученной на воздухе. Особенно резко снижаются напряжения при исследованиях в кислой среде. При этом чем меньше pH среды, тем это влияние сильнее. Важно отметить, что повреждения от коррозионной усталости внешне ничем не отличаются от обычного усталостного разрушения, и только очень тщательные исследования микроструктуры могут выявить истинную причину. [c.284]

Большие нагрузки, действующие на узлы, детали и обшивку планера в полете, особенно при больших скоростях полета и перегрузках, а также при посадке, являются основной причиной возникновения усталостных разрушений, ослабления заклепок, появления люфтов в шарнирных соединениях. [c.132]

Подбор наиболее эффективных смазок и материалов для сопряжения вал—подшипник имеет важное народнохозяйственное значение. Кроме того, вкладыши тяжелонагруженных подшипников коленчатых валов, особенно двигателей с воспламенением от сжатия, подвержены усталостному разрушению. Усталостное разрушение вкладышей вызывается рядом причин, в первую очередь циклическим нагружением, качеством металла и сборки узла, условиями эксплуатации. [c.87]

Вид излома при усталостном разрушении имеет некоторые характерные особенности, позволяющие отличить его от излома при других видах разрушения. Знание этих особенностей может быть полезно при определении причины разрушения и исходной точки развития усталостной трещины. Усталостное разрушение обычно начинается при очень малой видимой пластической деформации и имеет характер хрупкого разрушения. Однако кажущийся хрупкий характер усталостного разрушения не следует смешивать с хрупким разрушением металла при низких температурах. При усталостном разрушении трещина распространяется медленно с периодами прекращений развития, тогда как хрупкое разрушение Нри низких температурах происходит очень быстро. [c.13]

Наиболее часто остановы турбин вызывают обрывы штоков и зависания клапанов, выпрессовка их седел. Причина обрыва штоков — их усталостное разрушение под действием переменных сил, возникающих при пульсации давления пара и его обтекании головок клапанов. Зависание клапанов возможно при изгибе их штоков и отложений на них солей. При этом шток не может свободно перемещаться вдоль втулки. Особенно опасно зависание регулирующего или стопорного клапана, так как, находясь в таком состоянии, он не может перекрыть доступ пара в турбину, даже если ее система регулирования и защиты подала импульс на закрытие. [c.191]

Есть, однако, задачи, где модель сплошной среды может быть принята лишь г определенными оговорками, а то и вовсе должна быть отвергнута. То, что в одних случаях считается второстепенным, в других — приобретает самостоятельное значение. Так, например, в вопросах прочности обстоит дело с усталостным разрушением. Развитие микро- и макротрещин связано со структурой поликристаллического вещества, и поэтому расчеты на усталостную прочность, построенные на понятии сплошной среды, требуют введения многих рецептурных поправок. Так обстоит дело и с поведением газа вблизи обтекаемой поверхности, где размеры затормаживаемого слоя газа соизмеримы с геометрическими параметрами, характеризующими турбулентность. По той же причине и изучение условий теплопередачи через стенку нуждается в учете особенностей турбулентного и [c.158]

Усталостные линии, представляющие собой зоны достаточно резко изменившейся шероховатости, связаны с изменением скорости распространения разрушения. Перерывы в нагружении или изменении уровня внешней нагрузки, которые могут иметь место в эксплуатационных условиях, приводят к появлению на поверхности усталостных изломов зон различной шероховатости. Однако более общей причиной является циклическое чередование замедления и увеличения скорости распространения разрушения, особенно наглядно проявляющееся при переменном нагружении. [c.356]

Эта коррозия развивается при тесном контакте двух поверхностей, обычно находящихся под достаточно большой нагрузкой и подвергающихся очень слабому относительному движению (малейшие скольжения, вызываемые вибрациями высокой частоты). Различия в упругой деформации поверхностей могут быть достаточной причиной для возникновения в этих условиях фреттинг-коррозии, которая, по-видимому, вызывается сваркой контактирующих выступов с последующим их разрушением. Местное воздействие может вызывать образование усталостных трещин, особенно при концентрации напряжений или наличии питтинга на сопряженных поверхностях. Изнашивание поверхностных защитных пленок может вызывать контактную коррозию и коррозию, обусловленную работой концентрационного элемента. [c.36]

Процессы усталостного повреждения, условия возникновения и распространения трещин под циклической нагрузкой носят случайный характер, так как тесно связаны со структурной неоднородностью материалов и локальным характером разрушения в микро- и макрообъемах. Усталостные разрушения обычно возникают на поверхности, поэтому качество и состояние поверхности часто является причиной случайных отклонений в образовании разрушения. Эта особенность усталостных явлений порождает существенное рассеяние механических характеристик, определяемых при испытании под циклической нагрузкой. Рассеяние свойств при усталостном разрушении значительно превышает рассеяние свойств при хрупком и вязком разрушениях. В связи с этим статистический анализ и интерпретация усталостных свойств материалов и несущей способности элементов конструкций позволяют отразить их вероятностную природу, являющуюся основным фактором надежности изделий в условиях длительной службы. [c.129]

При контроле качества металлов очень важно, кроме прочностных, пластических и энергетических параметров, определить характер разрушения и сопоставить его с эталонным шкалами изломов. Фрактографический метод — основной при определении критических температур вязко-хрупкого перехода. Выявление структурных составляющих в изломе особенно целесообразно при малом их содержании благодаря избирательности процесса распространения трещины. Важной инженерной задачей является установление продолжительности развития усталостной трещины и условий нагружения по фрактографнческим показателям (расстоянию между бороздками), а также определенпе места и причины зарождения разрушения (характера технологических и эксплуатационны.х дефектов). [c.69]

При работе зубчатой передачи между зубьями сопряженных зубчатых колес возникает сила давления f рис. 12.15), направленная по линии зацепления. Кроме того, от скольжения зубьев между ними образуется сила трения = где / — коэффициент трения. Сила невелика по сравнению с силой Р, поэтому при выводе расчетных формул ее не учитывают, т. е. принимают, что сила взаимодействия между ЗЫБЯМИ направлена по нормали к их профилям. Под действием силы F и F зубья находятся в сложном напряженном состоянии. На их работоспособность оказывают влияние напряжения изгиба в поперечных сечениях зубьев и контактные напряжения Стд в поверхностных слоях зубьев. Оба эти напряжения, переменные во времени, и могут бьггь причиной усталостного разрушения зубьев или их рабочих поверхностей. Напряжения изгиба Tf вызывают поломку зубьев, а контактные напряжения Он — усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев. Поломка зубьев — опасный вид разрушения, так как при этом может выйти из строя не только зубчатая передача, но и валы и подшипники из-за попадания в них отколовшихся кусков зубьев. Поломка зубьев возникает в результате больших нагрузок, в особенности ударного действия, и многократных повторных нагрузок, вызывающих усталость материала зубьев. Во избежание поломки зубьев их рассчитывают на изгиб. Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев — распространенный и опасный вид разрушения большинства закрытых и хорошо смазываемых зубчатых передач. Выкрашивание заключается в том, что при больших контактных напряжениях на рабочей поверхности зубьев обычно на ножках, вблизи полюсной линии) появляются усталостные трещины. Это приводит к выкрашиванию мелких частиц материала зубьев и образованию небольших осповидных углублений, которые затем под влиянием давления масла, вдавливаемого с большой силой сопряженным зубом в образовавшиеся углубления и трещины, растут и превращаются в раковины. Для предотвращения выкрашивания зубьев их рассчитывают на контактную прочность. [c.181]

Подавляющее большинство деталей машин, траиспортных и других конструкций в процессе службы претерпевает воздействие циклически изменяющихся нагрузок. Поэтому примерно 90% повреждений деталей связано с возникновением и развитием усталостных трещин. Трещины усталости создают предпосылки для хрупкого разрушения, и в этом одна из главных причин их опасности. Ни при каких других видах разрушения характеристики прочности не зависят от такого большого числа факторов, как при усталостном разрушении. Основными из них являются особенности материала и технологии изготовления конструкция деталей режим нагружения среда, контактирующая с деталью. [c.7]

Вырывы материала, налипание и структурные преобразования, образуюш,ие геометрические и структурные концентраторы напряжения, — таковы в обш,ем причины падения циклической прочности при изнашивании при заедании. К ним следует добавить значительные напряжения, вызванные местными тепловыми импульсами. Отличительной особенностью механизма усталостного разрушения сталей при наличии очагов схватывания является, как и следовало ожидать, зарождение и развитие усталостных трещин на нескольких участках поверхности образца. Что касается масштабного фактора, то опыты Г. И. Вальчука показали, что число циклов до разрушения поврежденного схватыванием образца с увеличением диаметра возрастает при постоянной частоте нагружения. [c.255]

Во многих случаях напряжения в конструкции при периодических нагрузках превышают предел усталости. Это относится, например, к деталям авиационных двигателей, лопастям несухцих винтов вертолетов, к ряду объектов военной техники, срок эксплуатации которых очень ограничен различными причинами. В этих случаях важно знать характеристики ограниченной выносливости, которые определяют ресурс детали или конструкции, обеспечивают сопротивление усталостным разрушениям в течение определенного срока, т. е. некоторого числа циклов. Поэтому,, если при расчетах на усталость из всей кривой Велера важно знать фактически лишь одну точку — предел усталости, то при расчете на ограниченную выносливость суш.ественное значение приобретает верхняя часть кривой Велера. Однако характеристики работы детали и ее ресурс, поскольку он задан, исходя из других соображений, фактически определяют уменьшенную базу испытаний на усталость. Тем самым главным становится по возможности наиболее точное воспроизведение в испытаниях истинных условий работы детали и установление статистических характеристик, определяющих вероятность разрушения детали при напряжениях, отличающихся от выявленного таким образом условного предела усталости (предела ограниченной выносливости), и при числах циклов, отличающихся от базы испытаний. Последнее особенно важно в связи с тем, что при напряжениях, заметно превышающих истинный предел усталости и близких к пределу статической прочности, разброс данных усталостных испытаний бывает очень большим. В последние годы статистическим методам обработки данных усталостных испытаний уделяется большое внимание. [c.306]

Высокое сопротивлеШ Ю коррозионно-усталостном разрушению кратковременно азотированной стали объясняется двумя причинами 1) боль-пшми (30 /сг/лл ) остаточными напряжениями сжатия в азотированном слое и 2) высокими антикоррозионными свойствами (отсутствие пор, высокий электродный потенциал) азотированной поверхности, особенно в водопроводной воде. [c.173]

Усталостное разрушение деталей происходит при напряжениях, находящихся ниже предела текучести материала. Поэтому важным свойством материалов является их возможность противостоять усталостному разрушению. Однако усталостная прочность зависит как от свойств материалов, так и в значительной мере от особенностей концентраторов напряжений и остаточных напряжений в поверхностном слое деталей, определяющих предел их выносливости. Концентраторы напряжений и растягивающие остаточные напряжения в поверхностном слое материалов могут резко понил<ать предел выносливости и являются основной причиной разрушения деталей. [c.25]

При закручивании таких стержней напр-яжения распрёделяются весьма неравномерно по сечению. Особенно неблагоприятно распределение напряжений в местах соединения лонжеронов с поперечинами. Основной причиной выхода рамы из строя являются усталостные разрушения лонжеронов и поперечин в местах наибольшей концентрации напряжений, а именно, в местах крепления поперечин к лонжерону, при этом разрушения обычно начинаются от отверстий под заклепками. Этим объясняется стремление к созданию сварных конструкций рам, обладающих большей усталостной прочностью. [c.324]

Силовая нагрузка на инструмент является не единственной причиной хрупкого разрушения. При прерывистом резании не менее важное значение имеют термические напряжения, особенно для инструментов, оснащенных пластинками твердых сплавов. Н. Н. Зорев и Н, П. Вирко [31] показали, что при фрезеровании торцовыми фрезами на контактных поверхностях зубьев в период резания возникают сжимающие термические напряжения. Во время холостого хода зубьев вследствие теплопроводности и вентиляционного эффекта температура контактных поверхностей снижается до 1 /3 температуры рабочего хода. В результате резкого снижения температуры поверхностные слои твердого сплава оказываются менее нагретыми, нежели внутренние, и на контак1ных поверхностях зубьев сжимающие напряжения заменяются растягивающими. Перемена знака напряжений имеет циклический характер с числом циклов в минуту, равным числу оборотов фрезы. Изменение знака напряжений после определенного числа циклов вызывает появление усталостных трещин, располагающихся на передней поверхности перпендикулярно главному лезвию и переходящих на заднюю поверхность (рис. 142). Появление трещин связано с определенными критическими скоростью и температурой резания, а также с физико-механическими свойствами твердых сплавов. Двухкарбидные твердые сплавы как менее прочные и теплопроводные более склонны к образованию усталостных трещин, чем однокарбидные (рис. 142). Усталостное хрупкое разрушение инструментов из быстрорежущей стали наблюдается сравнительно редко. [c.186]

Причина повышенной чувствительности к трещине материала плавки А по сравнению с плавкой Б заключалась в наличии в нем крупных скоплений грубых включений, что подтвердилось микрофрактографическим исследованием на поверхности изломов образцов, вырезанных из разрушившейся детали и других деталей той же плавки, наблюдались колонии грубых включений, между которыми располагаются микроучастки малопластичного разрушения, в то время как на изломах образцов из деталей плавки Б такие скопления не наблюдались, микростроение излома пластичное, ямочное (рис. 88). Локальный рентгеноспектральный анализ показал существенную неоднородность распределения никеля, железа и кремния. При среднем содержании кремния 0,24% в отдельных зонах материала аварийной детали его содержание достигает 0,76%, в материале плавки Б максимальное значение содержания кремния составляло 0,37% Отрицательное влияние таких факторов, как наличие металлургических дефектов или концентраторов напряжений в виде забоин или рисок, особенно заметно проявляется при действии высоких рабочих напряжений. Так, в очаге усталостной трещины в детали из сплава Д1 был обнаружен дефект в виде шлакового включения (рис. 89, а). Микрофрактографический анализ показал большое количество интерметаллидов на поверхности излома в области очага разрушения (рис. 89,6). Развитие излома характеризовалось последовательным возникновением дополнительных очагов, также связанных со скоплениями включений. 116 [c.116]

Отсутствие единой точки зрения на характер разрушения при термоусталости, затрудняющее анализ причин разрушения деталей, объясняется, по-видимому, некомплекеным исследованием роли основных трех факторов —1, Ае и Тц. Как показано выше, лишь сохранение неизменными двух из них позволяет выявить роль третьего (см. пп. 11, 12). При этом установлены некоторые общие признаки термоусталостного повреждения. Так, сочетание невысоких значений максимальной температуры цикла, малых амплитуд деформаций и отсутствие выдержки при максимальной температуре цикла обусловливают, как правило, усталостный тип разрушения, характеризуемый тонкими транс-кристаллитными трещинами со следами притертости, перпендикулярными действующим термическим напряжениям. Увеличение амплитуды нагрузки, введение в цикл выдержки при тах. особенно повышение температуры, изменяют характер разрушения вначале на смешанный, когда наблюдаются трещины и по зерну, и по границам, а затем разрушение устойчиво развивается по границам зерен, менее прочным в новых условиях нагружения и нагрева, чем материал тела зерен. [c.98]

Характерная особенность деформации реальных металлов и сплавов, являющихся пояикристаллическими материалами, проявляется в микронеоднородном деформировании по элементам структуры, которое имеет место как в упругой, так и пластической областях нагружения. Для развития теории накопления усталостных повреждений и разрушения металла при повторных нагрузках решающее значение принадлежит установлению фактических закономерностей микронеодпородных деформаций, проходящих но локальным объемам, являющихся непосредственной причиной возникновения упругих несовершенств и проявляющихся в отклонениях от линейного закона Гука, на основе которых строятся необратимые повреждения. [c.122]

Указанная особенность связана с физической природой возможных разрушений. Как показал опыт эксплуатации и расчета для автосцепок, в настоящее вермя существуют четыре основные причины возможного повреждения и разрушения, а именно 1) усталостное малоцикловое 2) квазистатическое, связанное с накоплением остаточных пластических деформа- [c.171]

Термическому старению подвергаются сплавы, обладающие ограниченной растворимостью в твердом состоянии, когда растворимость одного компонента в другом уменьшается с понижением температуры. Деформационное старение не связано с диаграммой состояния сплава. К старению склонны многие сплавы железа и сплавы цветных металлов. Результаты старения могут быть разными. В одних случаях старение является положительным и его используют 1) при термической обработке алюминиевых, магниевых, титановых и некоторых других цветных сплавов для повышения их прочности и твердости (термическое старение) 2) для упрочнения деталей из пружинных сталей, которые при эксплуатации должны обладать высокими упругими прочностными и усталостными свойствами (деформационное старение). В других случаях старение является отрицательным резкое снижение ударной вязкости и повышение порога хладноломкости в результате старения (особенно деформационного) могут явиться причиной разрушения конструкции ухудшение штампуемое ги листовой стали изменение размеров закаленных деталей и инструмента при естественном старении, что осбенно вредно для точного измерительного инструмента и прецизионных деталей (например, подшипников) размагничивание в процессе эксплуатации стальных закаленных постоянных магнитов преждевременное разрушение рельсов в пути. 34 [c.34]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...