Разрушение поверхностй при усталости

Разрушение поверхности при усталости [c.422]

Высокотемпературная термомеханическая обработка увеличивает работу распространения трещины [2, 8, 10, 13], параметры вязкости разрушения [15, 3], повышает ударную выносливость [4], износостойкость н контактную выносливость стали [2, 7], сопротивление усталости [2], отрыву [17], распространению трещины замедленного разрушения [18] и локальному разрушению поверхности при высоких контактных напряжениях [1 ], снижает порог хладноломкости [И, 4], чувствительность к надрезу [2], изменяет вид излома при низкотемпературных разрушениях от хрупкого к вязкому [2, 11]. [c.391]

Усталостные повреждения возникают в деталях машин при трении качения и являются результатом интенсивного разрушения поверхностных слоев металла, находящихся в особых условиях напряженного состояния. Основные характеристики и развитие усталостных повреждений определяются процессами повторной пластической деформации, упрочнением и разупрочнением металла поверхностных слоев, возникновением остаточных напряжений и особыми явлениями усталости. Разрушение поверхностей при усталостных повреждениях характеризуется возникновением микротрещин, единичных и групповых впадин. При этом виде разрушения скорости процессов, обусловливающих явления усталости металлов, превы- [c.266]

Так как при циклических напряжениях начало разрушения связано с образованием местной трещины, понятна та роль, которую играет в усталостной прочности детали состояние ее поверхности. Совершенно очевидно, что в случае чистой и тонко обработанной поверхности предел усталости возрастает. При грубой обработке наличие мелких поверхностных дефектов приводит к снижению показателей усталостной прочности. При этом для материалов, обладающих большой чувствительностью к местным напряжениям, влияние состояния поверхности будет более заметным. [c.402]

Как правило, усталостное разрушение начинается с поверхности металлических материалов. Это связано с тем, что наиболее интенсивная пластическая деформация при усталости протекает в приповерхностных слоях глубиной порядка размера зерна. Поведение и состояние этого слоя определяет [c.79]

Усталостное разрушение. Происходит при циклическом (повторном) нагружении в результате накопления необратимых повреждений. Излом макроскопически хрупкий, однако, у поверхности излома материал существенно наклепан. Различают усталость и малоцикловую усталость. [c.18]

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Основной вид разрушения поверхности зубьев для большинства закрытых быстроходных передач, работающих при хорошей смазке. Возникает вследствие длительного действия переменных контактных напряжений а и (см. 1.6 и рис. 1.12), вызывающих усталость материала зубьев. [c.178]

Как указывал в своем известном труде по физике твердого тела проф. В. Д. Кузнецов при трении двух металлических тел происходят в миниатюре почти все те явления, которые мы наблюдаем при исследовании механических свойств металлов . Явления, связанные с разрушением поверхностей из-за усталости или других причин, при трении двух тел осложняются производными процессами, из которых основную роль часто играет окисление. [c.234]

Следует различать контактную усталость поверхностных слоев, которая возникает при чистом качении и проявляется в развитии местных очагов разрушения (питтинг), и усталостный износ, когда при трении скольжения отделение микрообъемов поверхностей связано с усталостной природой разрушения. При разрушении поверхностей таких сопряжений, как кулачок—ролик, зубчатые передачи, опоры качения и др., могут иметь место оба вида разрушения. При большем проскальзывании основную роль играет изнашивание, которое протекает интенсивнее, чем образование осповидных (питтинговых) разрушений поверхности, [c.236]

При действии фрикционной передачи в зоне контакта катков возникают значительные циклически изменяющиеся напряжения смятия. Явления, происходящие в материале катков в зоне их контакта, усложняются в связи с износом и нагреванием поверхности при скольжении. Основным видом разрушения поверхности катков является выкрашивание наружных слоев их материала вследствие усталости. Поэтому расчет фрикционных пар производят по контактным напряжениям. [c.268]

Разрушения имели место в одном сечении и характеризовались сравнительно небольшой зоной усталости. В обоих случаях зарождение трещины имело ранний характер. Оно было обусловлено дефектами в виде существенно заниженного радиуса галтельного перехода и механической зачисткой поверхности, при которой был удален слой поверхностного упрочнения материала. Материал детали — сталь ЗОХГСА. [c.783]

Предложены устройство и стенд для определения долговечности сильфонов. Создана установка [53] для циклических испытаний компенсационных крестовин металлических кровель и их стыковых соединений с заданными усилиями или деформациями в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Муфты испытывают на специальных стендах" " . Машина для испытания на усталость гибких элементов волновых передач кольцевой формы состоит из электродвигателя, который передает вращение при помощи муфты на приводной вал, установленный на станине, устройств базирования и нагружения исследуемого элемента, а также для контроля режима испытаний и момента разрушения элемента. При испытаниях испытуемый образец кольцевой формы устанавливают внутренней поверхностью на наружные поверхности роликов. [c.233]

Характер сдвиговых процессов в материале плакирующего слоя показан на рис. 134, г—е, который иллюстрирует неравномерность раскрытия полос скольжения, имеющих вид прерывистых линий. В участках максимальной деформации и в зонах сосредоточения различных дефектов и несовершенств происходит наиболее интенсивное разрыхление поверхности материала, сопровождающееся появлением и накоплением необратимых структурных изменений и очагов разрушения, вызывающих возникновение микротрещин. Кроме того, накопление повреждений при усталости происходит и во внутренних микрообъемах биметалла. [c.226]

Фреттинг-процесс — разрушение поверхностей деталей машин, проявляющееся в резко интенсифицированном окислении или схватывании. Значительная интенсификация окисления и схватывания вызвана динамическим характером нагружения, при котором на контакте резко увеличивается градиент деформаций и температур. Усталостные явления при трении автор ограничивает только условиями качения. Основные характеристики и развитие усталостных повреждений определяются процессами повторной пластической деформации, упрочнением и разупрочнением поверхностных слоев, возникновением остаточных напряжений и особых явлений усталости. Следует отметить, что повторная знакопеременная деформация, упрочнение и разупрочнение свойственны многим видам разрушения и при трении скольжения. [c.13]

Методы определения параметров контактно-фрикционной усталости материалов. При испытаниях материалов иа усталостное изнашивание необходимо обеспечить повторное деформирование микрообъемов материала поверхностного слоя выступами контр-тела при трении со смазкой и без нее. Внешним признаком усталостного износа должно быть отсутствие (вплоть до разрушения) каких-либо макроскопических изменений поверхностей трения. Признак начала усталостного разрушения поверхности трения — лавинообразное образование частиц износа. Испытания могут проводиться в условиях упругого, пластического и упругопластического контакта. [c.225]

Как показано выше, характер изменения электрохимических свойств сталей, циклически деформируемых в коррозионной среде, взаимосвязан с определенными этапами развития коррозионно-усталостных повреждений. Данные об изменении электрохимических свойств при усталости позволяют интерпретировать развитие разрушений в зависимости от амплитуды напряжении и количества циклов нагружения. Они позволяют также описать процесс разрушения с количественной стороны, так как на их основе можно установить, в какой области и после какого числа циклов происходит развитие сдвигообразований, микротрещин, магистральной трещины и как при этом повышается электрохимическая активность металлической поверхности, Данные об электрохимических свойствах металлов в условиях коррозионно-усталостного разрушения позволяют обоснованно выбрать для них параметры катодной защиты. [c.177]

Провести четкое разграничение действия разрушающих факторов не всегда возможно. Так, при работе шестерен сначала имеет место абразивный и другие виды износа рабочих поверхностей, в дальнейшем усталость поверхностных слоев металла от многократного механического перенапряжения приводит к явлениям питтинга и, в свою очередь, вызывает форсированный износ. Аналогичным образом при работе подшипников качения имеет место, во-первых, износ во-вторых, усталостное разрушение поверхностей качения, причем абразивный износ нередко выводит подшипник из строя из-за образования недопустимого люфта задолго до появления признаков усталости. Более того, интенсивный износ поверхности нередко препятствует ее разрушению от усталости. [c.224]

В некоторых случаях вид излома разрушенной в работе детали позволяет судить о причине разрушения. Так, например, при разрушении по причине усталости в изломе всегда наблюдаются как бы две различные зоны одна зона (обычно наружная) имеет сравнительно гладкую, как бы примятую поверхность без характерного металлического блеска, другая имеет нормальный вид шероховатого кристаллического излома. Примятая поверхность указывает на первоначальное образование трещин в этой зоне постепенно распространяясь, трещины образуют участки разрушенного по сечению металла, которые под влиянием знакопеременных нагрузок как бы притираются друг к другу, образуя примятую зону. [c.30]

Изнашивание является сложным физико-химическим процессом и нередко сопровождается коррозией Реальные поверхности имеют сложный рельеф, характеризующийся шероховатостью и волнистостью. При трении существует дискретное касание шероховатых тел и, как следствие этого, возникают отдельные фрикционные связи, определяющие процесс изнашивания. Износ может возникнуть вследствие фрикционной усталости, хрупкого и вязкого разрушения, микрорезания при начальном взаимодействии, разрушения (в том числе усталостного) оксидных пленок, глубинного вырывания металла и т. д. [c.105]

Усталостное изнашивание (контактная усталость) происходит в результате накопления повреждений и разрушений поверхности под влиянием циклических контактных нагрузок, вызывающих появление ямок выкрашивания. Усталостное изнашивание проявляется при трении, качении или реже качении с проскальзыванием, когда контакт деталей является сосредоточенным. [c.107]

Выше отмечалось, что высокие температурные напряжения в сочетании с напряжениями от центробежных сил могут привести к недопустимому возрастанию напряжений на расточке ротора и его внезапному хрупкому разрушению. Однако при пуске еще большие температурные напряжения возникают в роторе на его поверхности, которая имеет непосредственный контакт с паром. Эти напряжения многократно усиливаются концентрацией напряжения. Даже при умеренных скоростях пуска турбин в местах концентрации напряжений возникают столь значительные напряжения, что происходит пластическое течение материала. Это приводит к тому, что при выходе агрегата на стационарный режим в роторе появляются остаточные напряжения, которые релаксируют и вызывают накопление повреждений в материале за счет ползучести. При многократном повторении таких пусковых напряжений в роторе возникают трещины малоцикловой (термической) усталости. [c.483]

Разрушение деталей машин вследствие фреттинга может проявляться в виде коррозионного разрушения поверхности при фрет-тинг-коррозии, образования недопустимых зазоров в местах соединений или изменения размеров деталей при фреттинг-износе и в виде ускорения процесса усталостного разрушения при фреттинг-усталости. Типичные места, где обычно наблюдаются вызванные фреттингом повреждения,— это соединения с натягом резьбовые, [c.476]

Авторами работ [83, 92] предложена и развивается теория усталостного изнашивания, в рамках которой проводится аналогия между процессами разрушения поверхностей при трении и усталостью материалов. Разрушение при абразивном изна-пшвании может рассматриваться как предельный случай, когда число циклов нагружений до разрушения равно единице. Особенности микроструктуры материалов в условиях абразивного изнашивания менее существенны, что позволило М. М. Хрущову сформулировать известное соотношение о пропорциональности износостойкости и твердости. Однако более поздние исследования [182] показали, что даже в условиях абразивного изнашивания важно, каким образом достигнут заданный уровень твердости материала (рис. 1.3). Лишь в случаях чистых отожженных металлов и хрупких материалов типа керамик реализуется пропорциональность между твердостью и износостойкостью. [c.8]

ГО излома можно судить о величине максимального напряжения цикла. Чем больше площадь статического долома, тем выше нагрузка. Шероховатость этой зоны также завис№г от амплитуды напряжений. Меньшему значению амплитуды напряжений соответствует более гладкая поверхность усталостного излома. Усталостные линии представляют макроскопические признаки усталостного излома, связанные с замедлением скорости или задержкой распространения трещины. Они соответствуют амплитудам напряжений, не приводящим к увеличению длины трещины после действия более высоких амплитуд. Отсутствие усталостных линий свидетельствует об устойчивом распространении трещины при неизменной амплитуде напряжений. Различие расстояния между усталостными линиями свидетельствует об изменяющемся характере приложенных напряжений циклов. С увеличением длины грещины скорость ее распространения возрастает, в результате чего увеличивается шероховатость поверхности излома. В области статического долома разрушения носят сдвиговой характер. Макрофрактографические особенности изломов малоцикловой усталости заключаются в строении собственно усталостных изломов. При относительно малом числе циклов нагружения (до тысячи) изломы при малоцикловой усталости близки к таковым при статическом растяжении. Разрушение сопровождается заметной макроскопичской деформацией (сужением). По мере увеличения числа циклов нагружения характер разрушения изменяется от вязкого к хрупкому разрушению. Поверхность собственно усталостного излома более шероховатая и составляет значительно меньшую долю в изломе, чем зона статического долома. [c.121]

Шероховатость влияет на прочность деталей, так как впадины неровностей поверхности являются концентраторами напряжений и способствуют разрушению, особенно при переменных нагрузках. У.меньшение шероховатости поверхности деталей повышает их сопротивление усталости, а также коррозиестой-кость. При недостаточно гладких трущихся поверхностях в подвижных соединениях соприкосновение их происходит в отдельных точках, смазка в этих местах выдавливается, нарушается непрерывность масляной пленки и создаются условия для полусухого и сухого трения. Это приводит к повышенному износу поверхностей и увеличению трения. Шероховатость поверхности также влияет на размеры зазоров и натягов в соединениях, плотность и герметичность соединений, отражательную способность поверхности, точность измерения деталей и т. д. Шероховатость нормируется по ряду параметров, устанавливаемых ГОСТ 2789-73, [c.103]

Закрытие усталостных трещины может также совершаться вследствие шероховатости их поверхности при наличии деформации сдвига в вершине трещины, т.с. перемещения ее берегов по типу II. Этот механизм может также реализовыва т ься в условиях плоской деформации, когда т рещина раскрывается по гииу I и 11 (рис. 30). Наличие этого механизма закрытия трещины на ранних стадиях усталости приводит также к тому, что в областях разрушения, примыкающих к поверхности образца, типичные усталостные бороздки отсутствуют из-за износа при относительном нроскшшзывании поверхностей разрушения (рис 33,1, д). [c.55]

При изнашивании в струе абразивных частиц происходят следующие процессы а) разупрочнение поверхностного слоя детали б) разрушение поверхности в результате высоких контактных напряжений в) резание микростружек абразивной частицей г) контактная усталость [c.127]

Для определения работоспособности титановых сплавов при многоцикловом нагружении необходимо знать их усталостную прочность. При этом следует иметь в виду, что в литературе по усталостным свойствм титановых сплавов имеется много противоречивых сведений. Это, по-видимому, является результатом не только недостаточной изученности этих свойств, но и их своеобразием. Так, уже сейчас ясно, что точные данные по усталостному поведению титановых сплавов во многих случаях можно выяснить лишь на основании статистической обработки первичных данных, так как при усталостных испытаниях наблюдается повышенный разброс данных. Очень важен статистический подход при определении надежной работы крупных деталей машин при многоцикловом нагружении. Уникальное явление усталости титана —его чувствительность к состоянию поверхности. В частности, в последнее время выяснили, что при числе циклов до 10 трещины зарождаются в самом поверхностном слое, состояние которого полностью определяет уровень предела выносливости. При числе нагружений более 10 разрушение носит подповерхностный (подкорковый) характер, хотя типичное усталостное разрушение наблюдается при числе циклов нагружения по крайней мере до 10 ° [91]. Пренебрежение к финишным поверхностным обработкам титановых деталей, работающих на усталость, явилось причиной снижения их долговечности на начальном этапе внедрения титана в технике. [c.137]

Рис. 1.19. Сопоставление экспериментальных данных (точки) с прогаозом по формулам механики разрушения для кривой усталости при разной глубине а, начальной трещины в образцах из литейного алюминиевого сплава 6082 (Al-Mg-Si) с поверхностью (S ) после литья и (SP) с полированной поверхностью [101]

Распространение усталостных трещин в любом материале происходит последовательно на разных масштабных уровнях. Принято разделять масштаб реализуемых процессов роста трещины, вводя представления о коротких, малых и длинных треп1инах [1-12]. Короткие трещины изучают при постоянной циклической нагрузке образца, тогда как малые трещины, как правило, изучают в области малоцикловой усталости при постоянной деформации (рис. 3.1). Важно подчеркнуть, что различие коротких и малых трещин состоит в первую очередь в том, что они относятся к разным процессам разрушения материала. Короткие трещины развиваются от поверхности при возможно самых низких уровнях коэффициента интенсивности напряжения, тогда как малые трещины развиваются в области малоцикловой усталости при высоком уровне номинального (или эквивалентного) напряжения (рис. 3.2). Существует предельная граница для уровня номинального напряжения, ниже которой возникающие усталостные (короткие) трещины не распространяются (рис. 3.2б). Переход от коротких к длинным трещинам при увеличении уровня номинальных напряжений сопровождается постепенным уменьшением скорости роста трещин, а далее происходит вновь увеличение скорости (рис. 3.2а). При малых размерах начальные трещины могут останавливаться и не распространяться в материале. После некоторого нарушения монотонности в изменении скорости коротких трещин по мере возрастания длины трещины происходит присое- [c.130]

Эксплуатационные усталостные разрушения деталей начинаются или непосредственно у поверхности (главным образом в тонких сечениях) или на малых расстояниях от поверхности. В последнем случае они представляют собой участки смешанного строения с некоторой долей волокнистости. В очагах вследствие смешанного характера разрушения нечетко выражены макроскопические признаки усталости, что приводит часто к ошибкам в идентификации эксплуатационных разрушений, особенно при анализе неразвившейся усталостной трещины. Характерно, что в продолжении развития разрушения, т. е. на гладкой поверхности глазка наблюдается лишь плоский рельеф и усталостные полоски различной степени грубизны (рис. 123, а, б) без ямочного рельефа. На оптических фрактограммах часто можно наблюдать хорошо выраженные, расположенные поперек невысоких гребней микроусталостные полоски. В участках, близких 152 [c.152]

Фреттинг-усталость. В большинстве случаев явление фрет-тинг-усталости аналогично явлению усталости образцов с надрезом, поскольку разрушение при фреттинге сходно по характеру с разрушением от механического надреза, так как фреттинг способствует образованию соответствующих поверхностных трещин за счет действия сильных срезывающих напряжений. Многие из этих трещин достигают длины 100 мкм. Очень небольшое физическое разрушение поверхности может вызвать значительное снижение усталостной прочности некоторых материалов. [c.91]

Рассмотренные выше механизмы образования частиц износа характеризуются одной общей чертой для отделения фрагментов с поверхности трения необходимо многократное воздействие. При образовании тонких пластинкообразных частиц износа многократное воздействие неровности более жесткого тела требуется как для зарождения трещин, так и для их распространения с последующим отделением частиц износа. Авторы [12б, 148] не относят предлагаемый ими механизм образования частиц к категории усталости, отмечая только, что он удовлетворительно описывает процесс поверхностного разрушения при усталости, фреттинге и адгезионном изйЬсе. Однако наличие многократного циклического [c.102]

Металлографически установлено [144], что в начальной стадии циклического нагружения железа и ряда других металлов с четко выраженной зернистостью в объеме зерна возникают грубые полосы скольжения. В большинстве случаев в отличие от статического нагружения они не пересекают всего зерна это приводит к большей локализации пластической деформации в начале усталостного разрушения, чем при соответствующем статическом нагружении. Число зерен, в которых протекает процесс скольжения, в первом случае значитёльно меньше, внутри широких полос скольжения при усталости наблюдается более сильное разрыхление металла, чем в полосах скольжения при статическом нагружении [145]. При циклическом нагружении величина результирующего сдвига в разных направлениях неодинакова, что обусловливает возникновение большей макрорельефности поверхности, чем при статическом деформировании при определенных одинаковых нагрузках в связи с этим возможна и большая электрохимическая неоднородность поверхности. [c.77]

Механизм длительного разрушения в условиях ползучести (иногда применяют термин статическая усталость , который мы используем в дальнейшем) представляет собой сочетание дислокационного механизма развития микротрещин с термофлукту-ационным и диффузионным механизмами образования и движения вакансий [30, 11]. Характерной особенностью повреждений при ползучести является образование пор, появляющихся наряду с микротрещинами и вызывающих специфическую объемную ползучесть, т. е. прогрессирующее во времени разрыхление материала [9, 10, 30, 36]. В условиях постоянного или монотонно изменяющегося напряжения объемная ползучесть становится заметной (в отличие от сдвиговой ползучести) лишь незадолго до момента полного разрушения. Однако при циклическом действии напряжений объемная ползучесть отмечается на более ранних стадиях деформационного процесса. Стадия диссеминированных повреждений завершается появлением поперечных трещин, которые видны на поверхности образца при небольшом увеличении микроскопа или даже простым глазом. [c.26]

В случае механического разрушения поверхностей, по мнению автора, целесообразно использовать следующие комплексы, вытекающие из рассмотрения механики фрикционного контакта комплекс Ц,=/ /НВ (где Р - номинальное напряжение сжатия НВ - твердость материала), ранее применявшийся в расчетах при адгезионном и абразивном изнашивании, характеризует напряженное состояние контакта и безразмерную площадь фактического касания тел комплекс = й/х, где h - толщина смазочного слоя X — характерный размер (диаметр режущей абразивной частицы, приведенный размер шероховатости) определяет относительную толщину смазочного слоя комплекс Uy = iP/a TflfiP — контактное напряжение сжатия — коэффициент, зависящий от коэффициента трения / и напряженного состояния в контакте Oq — предел усталости материала в данных условиях трения характеризует усталостную прочность трущихся поверхностей). [c.181]

Картнну абразивного износа какой-либо детали проточного тракта гидромашины можно представить следующим образом [31, 42]. Разрушение происходит вследствие непрерывных соударений, транспортируемых потоком твердых частиц с поверхностью детали. В момент соударения происходит преобразование кинетической энергии движущейся частицы в работу деформации материала обтекаемой потоком детали. При остаточных деформациях частички поверхностного слоя будут отделяться от основной массы детали, оставляя след, имеющий значительную шероховатость из-за характера воздействия, кристаллического строения и неоднородности металла. Бесчисленные соударения твердых частиц, транспортируемых потоком, с поверхностью детали, даже если они вызывают только упругие деформации материала, также приводят в конечном итоге к разрушению поверхности из-за явлений усталости металла. [c.72]

В результате комплекса проведенных исследований свойств металла поврежденных гибов труб и характера повреждений установлено, что одной из основных причин разрушений явилась термическая усталость наклепанного и нетермообработанного металла при неустановившемся режиме работы котла. Повреждаемость обогреваемых гибов существенно зависит от действия коррозионной среды, причем больше подвержены коррозионному растрескиванию гибы малого радиуса с неснятыми остаточными напряжениями. Для змеевиковых поверхностей нагрева наиболее благоприятные условия для коррозионного воздействия создаются в зонах испарения конденсата (чаще всего в гибах) при остановах котла, т. е. в условиях малоциклового нагружения, которое также локализуется в гибах. [c.18]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...