Трещины усталостные — Возникновение

Существенно влияют на возникновение и развитие усталостных трещин дефекты внутреннего строения материала (внутренние трещины, шлаковые включения и т. п.) и дефекты обработки поверхности детали (царапины, следы от резца или шлифовального камня и т. п.). Процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называют усталостью, а разрушение вследствие распространения усталостной трещины — усталостным разрушением. Свойство материала противостоять усталости называют сопротивлением усталости. [c.307]

Динамический контроль накопления усталостных трещин до момента возникновения трещины может быть осуществлен с помощью тензометрических датчиков, которые наклеивают на поверхность детали. Они используются, как это было указано выше, для оценки напряженного состояния в конструкции, но могут быть использованы и для регистрации накопления повреждений в конструкции. В настоящее время эти методы не нашли своего практического использования и требуют дополнительных исследований по применению. В частности, проблема их использования состоит в том, что подавляющее большинство зон, где вероятно возникновение трещин, оказываются либо вообще недоступными для размещения тензометров, либо о наиболее напряженных зонах конструкции становится известно после того, как в них уже начали распространяться трещины. В этом случае более эффективно использовать традиционные методы регистрации трещин. [c.70]

Раскрытие вершины усталостной трещины определяется уровнем остаточных напряжений, возникающих в пределах зоны пластической деформации перед ее вершиной. Это служит основанием для установления корреляции между продвижением трещины в цикле нагружения и радиусом зоны пластической деформации. Возможны две ситуации упругое и пластическое раскрытие вершины трещины. В первом случае работа пластической деформации осуществляется преимущественно перед вершиной трещины и связана в основном с формированием зоны пластической деформации. Во втором случае происходит и формирование зоны, и пластическое деформирование материала, приводящее к затуплению вершины трещины. За счет возникновения остаточных напряжений в пределах зоны пластической деформации имеет место эффект закрытия трещины, который оказывает влияние на продвижение трещины в цикле нагружения. [c.244]

Сопротивление таких кривых, полученных при испытании металла на воздухе и в коррозионной среде (например, воде, паре), дает информацию по влиянию Коррозионной среды на предел выносливости. Однако не всегда такое сопротивление может быть успешно использовано для оценки стойкости металла к коррозионной усталости. Это объясняется тем, что для некоторых металлов определяющую роль в усталостном разрушении играет скорость распределения трещины, а не возникновение первоначального дефекта, из которого она начинает свой рост. Целесообразно в этой связи исследовать развитие усталостной трещины на образцах с предварительно нанесенным надрезом, а данные о влиянии коррозионной усталости представлять в виде зависимостей роста усталостной трещины от интенсивности напряжений. [c.184]

Влияние напряжений на коррозию многократно усиливается в местах резких изменений геометрической формы поверхности, являюш,ихся концентраторами напряжения (сварные соединения, поверхностные дефекты, царапины, задиры и т. п.), что вызывает неравномерность коррозии и ее локализацию. В результате этого может возникнуть коррозионная усталость металла, характеризующаяся развитием коррозионного процесса в вершине коррозионно-механической трещины, приводящей к разрушению. Факты подтверждают коррозионно-усталостную природу возникновения трещин при разрушениях на ряде нефтепроводов [166]. [c.222]

Учитывая результаты микроструктурного исследования и данные механических испытаний (см. табл. 1), а также то, что усталостная прочность в основном определяется состоянием поверхностного слоя металла, можем полагать, что существуют по крайней мере две причины повышения предела выносливости и циклической трещино-стойкости после индукционной закалки 1) повышение всех прочностных свойств поверхностного слоя за счет образования в нем структур закалки в условиях возможности протекания пластической деформации и исключения тем самым закалочных трещин и 2) возникновение системы остаточных напряжений, исключительно благоприятно распределенных по сечению поверхностно закаленных образцов. [c.180]

Таким образом, с помощью испытания одной серии усталостных образцов исследуется вся область существования трещин от их возникновения до развития на все сечение образца (излом). По точкам, характеризующим полное разрушение образца, строится кривая малоцикловой усталости по излому, а по нижней границе точек, характеризующих наличие усталостных трещин, строится кривая трещинообразования. Одновременно определяются ограниченные пределы выносливости по излому и по трещинообразованию на выбранной базе испытаний. [c.293]

Предполагается, что зародыши усталостных трещин, из которых впоследствии и образуются трещины, распространяющиеся зачастую до разрушения, возникают в результате движения дислокаций, приводящего к появлению тонких полос скольжения на поверхностях кристаллов. Напомним, возвращаясь к рис. 3.7, что приложение статического касательного напряжения приводит к появлению на поверхности кристалла уступов или ступенек скольжения высотой порядка 10 —10 = см. Эти полосы скольжения обычно считаются крупными полосами скольжения. При циклическом нагружении уступы обычно имеют высоту около 10 см, при этом наблюдаются тонкие полосы скольжения. Эти полосы в конечном счете оказываются именно теми местами, где зарождаются усталостные трещины. Усталостные полосы скольжения являются источниками возникновения на поверхностях кристаллов выступов и канавок [45], показанных схематично на рис. 7.3, в результате смены направления скольжения при смене знака нагрузки. [c.170]

Трещина усталостная — Возникновение б [c.487]

Образование усталостной трещины ведет к возникновению по ее краям высоких местных напряжений. Последние в свою очередь увеличивают скорость распространения трещины. Следовательно, этот процесс, раз начавшись, развивается неудержимо, и когда живое сечение детали уменьшится до столь малых размеров, что статическая прочность будет исчерпана, деталь разрушится. По--верхность этого конечного излома представляет собой зону статического разрушения. Она имеет крупнозернистое строение (в зависимости от зерна исходного материала) и ничем не отличается от поверхности обычного хрупкого излома. [c.406]

Выкрашивание рабочих поверхностей зубьев (рис. 15.11, а) является наиболее частой причиной выхода из строя зубчатых передач, работающих с обильной смазкой. Усталостные трещины сначала возникают около полюсной линии, так как в этой зоне вследствие малой скорости скольжения коэффициент трения, а следовательно, сила трения и напряжения на поверхности наибольшие. Однако эти трещины развиваются до возникновения выкрашивания в основном ниже полюсной линии, т. е. на ножках зубьев (см. стр. 40). Первые ямки (по ширине зубчатого колеса) появляются в зоне концентрации нагрузки или в местах неровностей поверхности, оставшихся после окончательной обработки. В процессе работы число ямок (оспинок) растет, и размеры некоторых из них увеличиваются. Профиль зуба искажается, поверхность становится неровной, возрастают динами- [c.229]

Рис. 160. Схема возникновения усталостных трещин

Поскольку можно свести в единую картину различные наблюдения, процесс, возникновения усталостной трещины состоит из нескольких стадий (рис. 168). Трещины зарождаются на первых этапах нагружения в границах кристаллических объемов как результат пластических сдвигов пачек кристаллических плоскостей, параллельных действию максимальных касательных напряжений, т. е. направленных под углом примерно, 45° к растягивающим напряжения. (октаэдрические напряжения). В зависимости от ориентации кристаллитов сдвиги могут происходить в одной плоскости, одновременно по двум (рис. 168, Ш, а, 6) или трем (рис. 168, III, в) плоскостям. [c.289]

Кроме указанной гипотезы, существует и несколько другой подход к объяснению физической природы явления усталости. В частности, возникновение усталостных трещин можно объяснить исчерпанием способности кристаллических зерен сопротивляться сдвигу. [c.590]

Рис. 3.3. Относительная продолжительность процесса усталостного разрушения после возникновения трещины (заштриховано) в процентах по отношению к общей долговечности образца

Усталостное разрушение (выкрашивание) рабочих поверхностей зубьев — основной вид разрушения зубьев закрытых передач. Возникает под действием переменных контактных напряжений Оц, вызывающих усталость материала зубьев. Обычно разрушение начинается вблизи полюсной линии на ножках зубьев, где возникает наибольшая сила трения, способствующая образованию микротрещин. При перекатывании зубьев масло запрессовывается в трещины и, находясь под большим внешним давлением, вызывает выкрашивание частиц металла (см, рис, 3,3), На поверхности зубьев образуются раковины (рис, 3.103, а), нарушающие условия возникновения сплошной масляной пленки, появляется металлический контакт, что приводит к быстрому износу и задиру зубьев. [c.349]

Усталостное разрушение. Надо рассказать учащимся о возникновении и развитии усталостных трещин, обратить внимание на две зоны усталостного излома, проиллюстрировав их крупными фотографиями или диапозитивами и схематическим рисунком на доске. Следует подробно разъяснить условность терминов усталость , усталостное разрушение , привести некоторые исторические сведения о возникновении этих понятий, но в то же время подчеркнуть, что они настолько общеприняты и широко распространены, что их применение оправданно и необходимо. [c.172]

Приведенные здесь соображения указывают на реальную возможность возникновения как глубинных, так и поверхностных первичных усталостных трещин в подшипниках качения. Аналогичные рассуждения можно провести для задачи о контакте зубьев зубчатых колес. [c.154]

Вообще же усталостью материалов (в частности, металлов) называют явление разрушения в результате постепенного накопления в них повреждений, приводящих к возникновению усталостной трещины при многократном повторении нагружений. [c.652]

Процессы возникновения и развития усталостных трещин пока полностью неясны. Для их объяснения различными авторами предложено несколько гипотез, часто взаимно дополняющих друг друга. [c.331]

Форма и соотношение плош,адей, занятых усталостной трещиной и окончательным изломом, зависят от формы сечения элемента, способа его циклического нагружения, наличия концентрации напряжений, а также от влияния среды. На рис. 6.4 представлены схемы типов усталостных изломов для элемента круглого сечения (вал, ось) при знакопеременном изгибе в одной плоскости (а — более высокие циклические напряжения, близкий к симметричному двусторонний рост трещины усталости б — более низкие напряжения, запаздывание возникновения встречной трещины от точки Лг, асимметричное расположение и форма заштрихованного окончательного излома). Типы изломов виг свойственны вращающемуся круглому элементу при изгибе в одной плоскости (в — более высокие напряжения, большая доля сечения занята окончательным изломом, г — более низкие напряжения, большая часть излома занята усталостной трещиной, начавшейся в точке А). Типы изломов дне соответствуют предыдущему случаю нагружения, но при наличии концентрации напряжений в круглом эл-ементе, например, от галтели или выточки (д — более высокие напряжения, трещина развивается от точки А с повышенной скоростью на флангах, у зоны концентрации напряжений ее фронт изгибается, появляются встречные трещины, образуя эллиптическое очертание окончательного излома, е— более низкие напряжения, та же тенденция искривления [c.113]

Зарождение трещин связано с возникновением больших растягивающих напряжений в результате скопления дислокаций, образующихся у препятствий или расположенных вдоль полос скольжения, коагуляции вакансий, возникновения экструзий и эитрузий (выдавливания тонких лепестков металла толщиной менее 1 мкм) в полосах скольжения. Известны две основные схемы роста усталостных трещин первая заключается в повторном раскрытии и закрытии трещины, вторая —в слиянии микротрещин или пор с магистральной трещиной. [c.9]

Изменение условий работы материала при переходе трещины от очага возникновения на поверхности детали в глубь по сечению при ее дальнейшем продвижении. Типичным примером является развитие фреттинг-коррозионных трещин, когда после возникновения трещины и ухода ее вершины из поверхностной зоны эффект фрет-тинга перестает действовать, и трещина продолжает развиваться в условиях, характерных для обычных усталостных трещин. [c.136]

Щмпа в железе упрочнение возрастает монотонно и не прекращается даже при числе циклов поо более 10% общей долговечности до разрушения, а в коррозионно-стойкой стали этот процесс протекает интенсивно и полностью заканчивается при чнс-доо ле циклов около 2% общей долговечности. Следовательно, существенным различием в поведении рассматриваемых материалов при циклическом деформировании является продолжительность процесса упрочнения по отношению к продолжительности процесса образования и развития усталостной трещины. Для коррозионно-стойкой стали процесс упрочнения полностью заканчивается до образования трещины, затрудняя ее возникновение, тогда как для железа процесс упрочнения продолжается и после образования трещины, препятствуя ее развитию. Таким образом, можно заключить, что для образования нераспространяющихся усталостных трещин необходимо, чтобы скорость упрочнения материала при циклическом деформировании была невысокой и трещина уснела вырасти до некоторой определенной длины, прежде чем будет достигнут максимум этого упрочнения. [c.38]

Если слабообогреваемая подъемная труба введена в водяной объем барабана, она всегда будет заполпена водой, но может попеременно работать как подъемная или как опускная с весьма малыми скоростями при этом периодически затрудняется выход в барабан образующихся в трубе паровых пузырей. Они сливаются, наполняя почти неподвижным паром сечение трубы. Получается так называемый п р о б к о в ы й режим или опрокидывание циркуляции после того как паровая пробка пробьется вверх, вода вновь медленна начинает течь вниз, пока опять не соберется паровая пробка. Вследствие плохой отдачи тепла от нагретой трубы к почти неподвижному пару металл трубы перегревается, на ней могут появиться отдулины и свищи. Резкие изменения температуры металла трубы при попеременном омывании ее водой и паром ведут к возникновению трещин усталостного характера [c.62]

Малоцикловое нагружение. Испытания при малоцикловом нагружении проводят при сравнительно низких частотах нагружения (до 50 циклов/мин), высоких уровнях напряжений (равных и выше предела текучести) и долговечностях до 2 10 циклов. Разрушение при малоцикловом нагружении может происходить вследствие исчерпания пластичности (квазистатическое разрушение) или возникновения и развития устапостной трещины (усталостное разрушение). Особенностью такого разрушения при малоцикловом нагружении является наличие значительных пластических деформаций, например у барабанов паровых котлов, фюзеляжей и стоек шосси самолетов. [c.293]

Допускают также возможность существования двух предельных характеристик материала сопротивления возникновению усталостной трещины и сопротИвл№ия развитию трещины. Некоторые исследователи утверждают, что сопротивлен14е развитию усталоСтной трещины является константой данного материала, равной пределу выносливости t>бpaзцa с трещиной, сопротивление же возникновению трещины зависит от отношения главных напряжений й увеличивается с ростом жесткости напряженного состояния [159J. [c.140]

Пламенные трубы камер сгорания и газоподводящие участка представляют собой изготовленные из тонкого листа конструкции, формирующие поток и не испытывающие значительных механических нагрузок. Однако из-за неравномерности охлаждения различ-Ьых узастков или образования нагара (коксовых отложений) с внутренней стороны термические напряжения возникают в них даже на стационарных режимах. Конструкции пламенных труб и газооодво-дящих каналов, способы их крепления и Соединения между собой и с сопрягаемыми элементами проточной части должны быть термоэластичными, допускать свободу перемещений без коробления или образования трещин, а также без износа посадочных мест. Из-за аэродинамической нестабильности. потоков возможно возникновение знакопеременных нагрузок и механической вибрации пламенных труб и газоподводящих участков. В этих условиях образованию трещин усталостного характера, могут способствовать концентраторы напряжений (отверстия, дефекты в сварных швах). [c.164]

Усталостное разрушение происходит в три этапа — постепенное накопление напряжений до возникновения трещины (рис. 63) — зона /, распространение трещины — зона II, долом — зона III. Важно при работе в зоне ограниченной выносливости (выше t-i) не только, чтобы время до зарождения трещин (зона I) было бы возможно больше, по и чтобы зона // была бы возможно шире, чтобы было время обнаружить усталостную трещину н снять деталь с аксплуатацин. [c.83]

Влияние отклонений диаметров резьбы. Циклическая долговечность резьбовых соединений зависит от концентрации напряжении, возникающих во впадинах резьбы болтов, и характера распределения нагрузки между витками (при равномерном распределении циклическая долговечность выше). При периодическом нагружении резьбовые соединения разрушаются по первой или второй нагруженным впадинам резьбы болта. Разрушению предшествует появление усталостной трещины. В возникновении усталостной треи ,ины большую роль играют касательные напряжения, зависящие от зазора по виутреинему диаметру резьбы. При достаточно большом зазоре (рис. 12.8, а) максимальные касательные напряжения определяют по формуле [c.290]

Во-первых, за счет повышения прочности поверхностного слоя и, во-вторых, за счет возникновения в поверхностном слое остаточных сжшшюгща напряжений, препятствующих образованию усталостной трещины. [c.225]

Итак, хрупкое разрущение связано с возникновением в материала трещин, инициированных дефектами в структуре материала, состоянием поверхности в результате обработки или коррозии, действием повторнопеременных нагрузок (усталостные трещины) и т. п. Возникщие трещины сначала развиваются во времени медленно, а потом — быстро. Рост трещин со временем может происходить и при постоянной нагрузке. [c.729]

Рис. 1.4. Относительная про-доля 11тельность процесса усталостного разрушения после возникновения трещины (заштриховано) в процентах по отпошоншо к общей долговечности образца 1 — идеальный случай однородного материала и однородного нагружения (без образования трещины), 2 — гладкий образец на воздухе, 3 — надрезанный образец на воздухе, 4 —гладкий образец в пресной воде, S — гладкий образец в 3%-м растворе НС1.

Подавляющее число деталей машин, оборудова [ия для добычи, транспорта, хранения и переработки нефти и газа в процессе эксплуатации подвергаются воздействию циклически изненяющихся нагрузок. Поэтому примерно 90% повреждений связано с возникновением и развитием усталостных трещин, которые.-создают предпосылки для крупного разрушения, и в этом одна из главных при шн их опасности. [c.54]

В книге излагаются основные заиономерности механики замедленного циклического и быстропротекающего хрупкого разрушения материалов в зависимости от условий нагружения, вида напряженного состояния, механических свойств и структуры материала, рассматриваются соответствующие модели процессов деформирования я возникновения разрушения в вероятностной трактовке, а также кинетика развития трещин. Влияние нестационарной атружеяности на разрушение анализируется иа основе гипотез о накоплении повреждения. Предложен расчет а прочность по критерию сопротивления усталостному и хрупкому разрушению в связи с условиями подобия и учетом температурно-временных факторов, дается оценка вероятности. разрушекия. [c.2]

Из представлений, развиваемых Н. Н. Давиденко-вым, И. А. Одингом и В. С. Ивановой, об усталостных процессах, как связанных с неравномерной упругопластической деформацией поликристаллических структур, вытекает объяснение ряда явлений, им сопутствующих. К ним относятся проявление наклепа в виде постепенного повышения твердости (которое перед возникновением трещины сменяется уменьшением твердости), понижение пластичности и вязкости в сочетании с повышением предела упругости и текучести, изменение характеристик поглощения энергии, магнитного и элек- [c.111]

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]

Процесс усталостного разрушения от его возникновения (в форме начала развития трещины) до окончательного разрушения (в результате прорастания трещины до ее критических размеров) требует накопления определенного числа циклов, обычно превышающего число циклов по стадии возникновения трещин. Предельное число циклов Мсук может устанавливаться по той или иной стадии допустимого повреждения трещиной. Эта стадия повреждения определяется либо числом циклов, которое необходимо до полного разрушения, либо снижением статической прочности до уровня, вытекающего из требований обеспечения статической несущей способности. [c.174]

При усталостном, коррозионно-усталостном разрушении оптимальное содержание углерода, обеспечивающее максимальную выносливость стали с сформированным импульсным упрочнением белым слоем, находится в пределах 0,45—0,65 %.Т1дя стали без белого слоя при испытании на коррозионную усталость нет оптимума, а увеличение содержания углерода приводит к монотонному снижению долговечности стали. Импульсное упрочнение эффективно повышает сопротивление усталости и коррозионной усталости стальных образцов с концентраторами напряжений. В условиях усталостного и коррозионно-усталостного разрушения трещины в стальных деталях с белым слоем зарождаются на границе перехода сжимающих остаточных напряжений в растягивающие. При этом уменьшение вероятности возникновения трещин и отслаивания белого слоя связано с перераспределением напряжений в результате пластических сдвигов в зоне повышенной травимости. Эта зона характеризуется меньшей, чем у белого слоя и мартенсита, твердостью и пониженным уровнем сжимающих остаточных напряжений. [c.119]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...