Сопротивление усталости при наличии трещин

СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ ТРЕЩИН [c.297]

О прогнозировании влияния цикличности нагружения на сопротивление хрупкому разрушению конструкционных сплавов при наличии трещин / Покровский В. В.— В кн. Механическая усталость металлов Материалы VI Междунар. коллоквиума. Киев Наук, думка, 1983, с. 239—250. [c.430]

Сопротивление детали паровой турбины малоцикловой термической усталости в значительной мере зависит от наличия концентраторов. Для области действия термической усталости следует говорить не о концентрации напряжений, а о концентрации деформаций. К концентраторам следует отнести не только неравномерности поверхности детали (надрезы, выточки, острые кромки, отверстия), но также неоднородность структуры и механических свойств (анизотропия), вызываемые несовершенной термической обработкой, наклепом и т. д. Ускорение образования трещин термической усталости при наличии концентраторов подтверждается многочисленными экспериментами. Так, например, мелкие неровности на поверхности деталей оказывают существенное влияние на появление трещин. При грубой шлифовке, когда высота неровностей доходит до 2,5 мкм, число циклов, вызывающее трещины, оказывается втрое меньшим, чем при более чистой обработке, когда высота неровностей равна 0,25 мкм. Большое значение имеет не только чистота поверхности, но и ориентация неровностей (рисок) относительно направления термических напряжений. [c.23]

В целом эта тенденция привела к новым требованиям при проектировании и расчетах конструкций и к изучению таких свойств металлов и сплавов, которых не знала наука об испытании материалов еще 30—40 лет тому назад. Достаточно назвать такие показатели механических свойств, как сопротивление малоцикловой усталости, способность к торможению развивающейся трещины, способность к локальной пластической деформации при наличии трещин, прочность и пластичность при двухосном растяжении и т. д. Необходимость изучения этих свойств, в свою очередь, вызвала появление многих новых методов исследования и повлекла за собой значительную дифференциацию различных областей науки о механике материалов и, естественно, их более узкую специализацию. [c.3]

При наличии в стали большого количества хрупких включений (оксидов), играющих роль активных концентраторов напряжения, изменение субструктуры при ВТМО оказывает меньшее влияние на сопротивление усталости. При уменьшении загрязненности стали путем ее переплава основное влияние на процесс усталостного разрушения оказывают субструктурные изменения стали неметаллические включения и их ориентация влияют на направление развития магистральной трещины, приводя к предпочтительному разрушению расслоением. [c.114]

Далее, в этом разделе мы проверили гипотезу о том, что распространение трещины в композитах происходит путем активации дефектов внутри критического объема в окрестности кончика трещины. Эта гипотеза была подтверждена при экспериментальном исследовании детального и общего видов распространения трещины. При растяжении наблюдались случайные скачки трещины поперек волокон, а при сдвиговом нагружении скачки поперек волокон имели определенную ориентацию. После скачка трещины на пути ее остаются стрингеры неразрушенных волокон. Влияние локальной неоднородности, вызванной наличием волокон стрингера, можно оценить при помощи введения эквивалентных условий на границе, вне которой композит считается однородным и анизотропным. Наша модель не только позволила обнаружить, что технологические дефекты способны улучшить сопротивление росту трещины в статически испытываемых композитах, но также позволила описать основной характер роста трещины под действием повторных нагружений и, таким образом, объяснить причину более высокого сопротивления усталости композитов. [c.255]

Усталостное разрушение (трещина) в местах концентрации напряжений возникает на самых ранних стадиях циклического деформирования. Развитие усталостных трещин, таким образом, является фактором, в большинстве практических случаев определяющим сопротивление материалов усталости. Способность тормозить развитие усталостной трещины является одним из наиболее важных свойств конструкционных материалов, а использование различных возможностей уменьшения скорости роста трещины — существенным резервом увеличения предела выносливости и долговечности деталей современных машин. Наибольшую практическую ценность имеют условия полного прекращения роста трещины и возможность длительной безаварийной работы детали при наличии в ней остановившейся усталостной трещины. [c.3]

Нестационарность нагружения (наличие перегрузок, недогрузок и других отклонений от стабильного режима) может существенно влиять на закономерности сопротивления усталости, особенно при наличии концентраторов напряжений. Простейшие случаи нестационарности, в результате которых возможно образование нераспространяющихся усталостных трещин, — это переход с высокого уровня напряжений на более низкий уровень и присутствие в режиме нагружения одиночных циклов растяжения более высокого уровня. В обоих случаях действуют механизмы упрочнения материала у верщины трещины и образования остаточных напряжений сжатия. Эти процессы при определенной их интенсивности приводят к задержке роста трещины. При этом эффективность торможения зависит от разницы между напряжениями на высокой и низкой ступенях нагружения или от уровня перегрузки, а также от размера трещины в момент изменения режима. [c.95]

Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Потеря статической прочности происходит тогда, когда значение рабочих напряжений превышает предел статической прочности материала (например, <г,). Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Потеря сопротивления усталости происходит в результате длительного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала (например, сг-г). Сопротивление усталости значительно понижается при наличии концентраторов напряжений, связанных с конструктивной формой детали (галтели, канавки и т. п.) или с дефектами производства (царапины, трещины и пр.). [c.5]

Градиент напряжений. В проблеме усталости металлов значительную роль играет градиент напряжений. В большом количестве работ однозначно показано, что при наличии градиента напряжений характеристики сопротивления усталостному разрушению (предел выносливости, число циклов до зарождения трещины) возрастают. Так, пределы выносливости при изгибе существенно выше, чем при растяжении — сжатии, пределы выносливости при кручении сплошных образцов значительно выше, чем тонкостенных, локальные максимальные напряжения в концентраторе напряжения, где имеет место существенный градиент напряжений, соответствующие пределу выносливости, тем выше, чем выше градиент напряжения, и т. п. [c.81]

Зарождение усталостной трещины начинается с поверхности вследствие того, что. на поверхности возникают наибольшие напряжения при изгибе, кручении,, при наличии концентрации напряжений и различных дефектов поверхности. Поэтому качество обработки поверхности оказывает очень сильное влияние на сопротивление усталости. На рис. 39 показаны экспериментально найденные кривые, характеризующие изменение предела выносливости образцов вследствие различного качества обработки поверхности. Ио оси абсцисс на этом графике отложен предел прочности стали а , по оси ординат — коэффициент р, характеризующий влияние качества обработки поверхности на предел выносливости [c.145]

При наличии концентрации напряжений или дефектов эти соотношения существенно изменяются, так как треш,ина возникает тем раньше, чем выше напряжение и концентрация. На рис. 27 представлены результаты испытаний на усталость образцов из стали 45 . Из этих данных следует, что отношение Л тр/iVp при высоких концентрациях в зависимости от уровня напряжений может снижаться до 0,3—0,1, т. е. основная часть процесса разрушения приходится на распространение трещины. Таким образом, наряду с рассмотрением условий сопротивления усталости элементов конструкций на стадии до образования трещины это сопротивление оценивается на стадии ее распространения. Эта стадия особенно существенна при определении ресурса для изделий по дефектоскопическому освидетельствованию их состояния в процессе службы. [c.252]

Коррозионные среды. При наличии коррозионных сред, к которым может быть отнесена и пресная и морская вода, сопротивление усталостному разрушению резко снижается. При циклическом нагружении в условиях коррозионных сред поверхность металла покрывается сеткой трещин, которые являются результатом избирательной коррозии по местам различных включений, взаимодействующих с корродирующей средой. Типичные кривые усталости для высокопрочной стали в условиях коррозии, обусловленной наличием пресной воды, показаны на рис. 38 [97]. Из рисунка видно, что предел выносливости стали при воздействии коррозионной среды существенно понижается. Это воздействие увеличивается с понижением частоты нагружения, т. е. с увеличением времени воздействия среды при заданном числе циклов нагружения. [c.48]

Некоторое, сравнительно небольшое, понижение прочности ири переменных напряжениях наблюдается при наличии оплавленных краев после автоматической газовой резки углеродистой конструкционной стали, даже при аккуратной резке. Можно ожидать, что шероховатая поверхность после грубой газовой резки будет вызывать более значительное понижение сопротивления усталости. Ввиду этого поверхностный слой металла после газовой резки необходимо удалять путем механической обработки резанием или шлифованием. При газовой резке низколегированных сталей высокой прочности с повышенной прокаливаемостью поверхностный слой в некоторых случаях также рекомендуют удалять. Вместо этого можно использовать специальный метод газовой резки, при котором обеспечивается более медленное остывание металла, что предотвращает образование мелких поверхностных трещин, которые мог т появляться при быстром охлаждении. [c.75]

В процессе нагружения при напряжениях, превышающих предел прочности покрытия, в хроме возникают трещины, ориентированные перпендикулярно действию силового потока, и долговечность деталей определяется временем, которое требуется для их развития. Следует в связи с этим отличать влияние микроскопических трещин в покрытии, образующихся в процессе осаждения хрома, от влияния трещин, которые образуются в покрытии при циклических нагрузках вследствие низкой прочности и пластичности хрома. Микроскопическая сетка трещин, имеющаяся в хромовом покрытии как в исходном состоянии, так н после термической обработки, не может служить причиной снижения сопротивления усталости основного металла, так как наличие очень большого их количества примерно одинаковых размеров и расположенных с большой частотой по поверхности покрытия приводит к значительному [c.51]

При металлографическом исследовании образцов, испытанных на усталость, в ряде случаев наблюдалось разрушение волокон, вызванное трещинами, распространяющимися в матрице. Авторы работы [57] приходят к выводу, что композитный материал с высоким сопротивлением усталости должен иметь матрицу, которая не наклепывается при наличии переменных нагрузок. [c.197]

При многочисленных повторных пусках турбин материал лопаток испытывает малоцикловую усталость. Чем сильнее охлаждение, тем больше становится неравномерность температуры по сечению и тем выше уровень возникающих при каждом нагружении температурных напряжений. Сопротивление жаропрочных сплавов мало-цикловой усталости при умеренных температурах может быть не больше, чем при высоких, и в центральной части сечення, где действуют большие растягивающие напряжения, возможно появление трещин от малоцикловой усталости. Это явление усугубляется наличием во внутренних полостях охлаждаемых лопаток значительной концентрации напряженнй в местах расположения отверстий, ребер, штырьков и других конструктивных элементов, обеспечивающих необходимое течение охлаждающего воздуха вну- [c.284]

Аналогичные коэффициенты запаса прочности используют при расчетах на сопротивление вязкому, квазихрупкому и хрупкому разрушению при наличии дефектов сплошности материала конструкции, при расчетах на сопротивление зарождению трещин усталости [17] и расчетах в рамках концепции ТПР. При этом коэффициенты запаса применяют для определения не только допустимых напряжений, но и числа циклов нафужения (при расчетах на сопротивление зарождению трещин усталости), допустимой температуры эксплуатации (при расчетах на сопротивление хрупкому разрушению) и т. п. [c.74]

Усталостное разрушение, как правило, происходит путем распространения трещин. При этом наличие во многих деталях и узлах конструкций различного рода микродефектов (микротрещины, полости, инородные включения и т. п.) ускоряет появление усталостных трещин на разных стадиях эксплуатации. Поэтому большое значение имеет проблема оценки живучести конструкции (долговечности конструкции от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5—1 мм до окончательного разрушения), при которой выявляются факторы, наиболее сильно влияющие на ее сопротивление развитию усталостных трещин [35]. Определение живучести позволяет разрабатывать эффективные методы повышения надежности и долговечности, назначать обоснованные сроки между профилактическими осмотрами, в частности связанными с разборкой машин. Кроме того, при использовании экспериментальных методов оценки циклической трещиностойкости и выявления закономерностей распространения усталостных трещин возможна разработка критериев выбора материалов и конструктивно технологических вариантов, обеспечивающих наибольшую надежность и долговечность при наименьшей металлоемкости [35]. [c.42]

Механизм разрушения от переменных нагрузок был раскрыт лишь в начале текущего столетия. Многочисленные исследования показали, что при действии переменных напряжений в металле возникает трещина, постепенно проникающая в глубь изделия. При переменных деформациях края трещины то сближаются и нажимают друг, на друга, то расходятся этим объясняется наличие гладкой, притёртой зоны излома. По мере развития трещины усталости поперечное сечение ослабляется всё сильнее, и наконец, при случайном толчке или ударе наступает окончательное разрушение, когда сопротивление оставшейся части сечения оказывается недостаточным. [c.727]

Цикличность изменения нагрузки и температуры, ускоряя рекристаллизацию металла и коагуляцию упрочняющей фазы, также обычно увеличивает скорости ползучести и, кроме того, вызывает усталость металла, в том числе и термическую. Поскольку рабочие напряжения сжатия в электродах при высоких температурах превосходят предел текучести материала, циклическое нагружение происходит в области малых долговечностей. Окисление рабочей поверхности электродов, увеличивая сопротивление контактов электрод— деталь, приводит к еще большему нагреву металла при прохождении тока. В результате периодического нагружения при ползучести в металле электродов могут образовываться микротрещины. Наличие микротрещин ползучести, вызывая концентрацию напряжений, ускоряет образование усталостных трещин, а те, в свою очередь, способствуют разрушению при ползучести, а именно быстрому износу и увеличению исходного диаметра рабочей поверхности электродов (в случае электродов с плоской поверхностью). [c.6]

В условиях малоцикловой усталости механизм разрушения несколько отличается от усталостного разрушения для больших долговечностей разрушения при малых циклах нагрузки сходны с разрушениями статического разрушения и отличаются от типичных усталостных разрушений. Было найдено, что для долговечностей менее 5000 циклов сопротивление переменной деформации хорошо соответствует пластичности металла, характеризуемой удлинением при испытаниях на статическое растяжение. Эта закономерность применима для меди и других пластичных металлов. У меди в области малоцикловой усталости трещины зарождаются по границам зерен наличие включений усиливает тенденцию к межзеренному зарождению трещин. [c.15]

Наиболее интересными с практической точки зрения являются исследования, в которых определяются условия увеличения долговечности деталей в результате уменьшения скорости роста усталостных трещин. Увеличение прочностных и пластических характеристик материала (ств, стт, i ), уменьшение размера структурных составляющих, увеличение коэффициента асимметрии цикла нагружения, уменьшение жесткости двухосного напряженного состояния, понижение температуры испытания и наличие вакуума — вот далеко не полный перечень факторов, приводящих к уменьшению скорости роста трещины. Увеличение сопротивления усталости, связанное с затруднением роста трещины, происходит и при упрочнении границ зерен дробной механотермической обработкой, и при взрывном упрочнении, приводящем к замораживанию дислокаций [8]. Торможения развития трещин добиваются также применением композиционных материалов, в которых трещина либо вязнет в мягких слоях, либо не может разрушить более прочные армирующие волокна. [c.7]

При анализе закономерностей изменения пределов выносливости по трещинообразованию и разрушению от термической обработки и поверхностного наклепа необходимо учитывать следующее. Пределы выносливости материала зависят от его свойств, величины и распределения остаточных напряжений термического или механического происхождения, а также формы концентратора напряжений (наличия нераспространяющихся трещин в исходных острых надрезах). В связи с этим при сравнении пределов выносливости по трещинообразованию различных материалов, полученных на одинаковых образцах, необходимо иметь в виду следующее. Различие в пределах выносливости может быть следствием того, что для одного материала выбранный концентратор напряжения имеет закритическое значение теоретического коэффициента концентрации напряжений (аа>асткр) и в нем имеются нераспространяющиеся усталостные трещины, а для другого материала концентратор тех же размеров имеет докритическое значение этого коэффициента (ао<аокр) и в нем нет нераспространяющихся трещин. Наличие в зоне надреза остаточных сжимающих напряжений термического происхождения снижает влияние остаточных напряжений, возникающих в результате последующего поверхностного наклепа, так как возможности увеличения сопротивления усталости за счет этих напрял<ений уже в какой-то мере исчерпаны. Так, для стали 08 после закалки и старения (см. рис. 61, а) наблюдается отклонение от полученной зависимости, которое можно объяснить следующим образом. Термическая обработка приво- [c.151]

Kvdu глубина трещины становится настолько большой, что это напряжение соответствует пределу выносливости по разрушению. При наличии остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое глубина трещин при том же напряжении значительно меньше, чем при отсутствии их. Для получения расчетных характеристик сопротивления усталости валов с напрессованными деталями при изгибе с вращением были обобщены исследования различных авторов и построены графики, изображенные на рис. 3.33, 3.34, 3.35. На рис. 3.33 отложены значения [c.109]

Любопытно, что подобный порядок в значении сопротивления коррозионной усталости не совпадает с порядком значений коррозионных потерь для таких же, но ненапряженных образцов. По-видимому, в случае макроконтакта последний при наличии дополнительного фактора — напряжения сравнительно за короткое время обусловливал возникновение на поверхности образца коррозионного изъязвления, являющегося концентратором напряжения. Дно изъязвления под влиянием сильного анодного тока, возникающего как от макроконтакта, так и от концентрации напряжения, быстро заострялось и превращалось в трещину коррозионной усталости. Излом этих образцов от усталости при коррозии наступал всегда раньше, чем у образцов без контакта, и чаще находился на линии раздела медного слоя со сталью. Это и понятно, так как именно на границе двух металлов с неодинаковыми значениями электродных потенциалов в электролитах возникал максимальный ток коррозии. Иная картина наблюдалась у образцов с микроконтактами. Рассредоточенные катодные участки обусловливали одновременное возникновение большого числа микрокоррозионных изъязвлений. Последние способствовали равномерному рассредоточиванию приложенных механических напряжений по образцу. Это снижало разрушающее действие напряжения, и поэтому время, за которое развивалась трещина коррозионной усталости, увеличивалось. Не исключено также, что подобное распределение микрокатодов на поверхности образцов в условиях хорошей аэрации, возникающей от вращения образцов, может также приводить к их пассивированию и, следовательно, к некоторому торможению процесса коррозионной усталости. [c.240]

Наиболее склонны к образованию трещин термической усталости стали с высокой твердостью (HR 50—58) при твердости HR 42—44 сопротивление стали термической усталости резко возрастает. На грубообработанной поверхности при наличии поверхностных дефектов (рисок, надрезов и др.) трещины разгара возникают более легко и быстрее развиваются. Хорошо прокованная сталь обладает наибольшей стойкостью против образования трещин термической усталости. Для того чтобы при нагреве штампа во время работы тепло не концентрировалось у рабочей поверхности, а быстро распространялось по всему объему штампов, сталь должна обладать достаточно высокой теплопроводностью. Для получения равномерной и одинаковой твердости по всему сечению штампа сталь должна иметь глубокую прокаливаемость. Для предотвращения снижения износостойкости при нагреве выше 600—700° С стали для молотовых штампов должны быть окалиностойкими. Молотовые штампы имеют сложную форму и большие размеры. [c.288]

Применяя потери веса или электропроводности как критерий, определяющий разрушение, Гулд нашел, что переменная нагрузка не увеличивает степени коррозионного разрушения по сравнению с разрушением, получающимся без переменной нагрузки. Метод потери сопротивления разрыву не дал определенных результатов и только когда в качестве критерия была принята потеря сопротивления усталости, можно было установить, что наложение переменных напряжений во время коррозии в значительной степени увеличивает скорость коррозионного разрушения. Отсюда следует, что разрушение связано с наличием определенной формы трещин, которые практически не дают заметного уменьшения веса или электропроводности, но вызывают значительное понижение сопротивления усталости. Трещины, которые соответствуют всем этим требованиям, представляют собой узкие остроконечные трещины. Этот тип трещин, даже если они неглубоко проникают в металл, будет вызывать сильное ослабление материала, благодаря концентрации напряжений. Однако они не будут вызывать большой потери веса, так как они очень узкие, и точно так же они не вызовут большой потери электропроводности, пока не проникнут в металл на большую глубину. Таким образом работы Гулда приводят к тем же заключениям, как и исследования Гафа, хотя и при помощи разных методов. [c.593]

Характеристики сопротивления усталости, в первую очередь предел иыпосливости, существенно зависят от технологии изготовления образцов tt деталей машин, конструкции и условий их эксплуатации. Под воздействием коррозии, фреттинг-коррозии, при наличии остаточных напряжений растяжения, мелких поверхностных трещин и т. п. пределы выносливости деталей машин могут снижаться в пять и более раз по сравнению с пределами выносливости лабораторных образцов. Поэтому знание характе-рнстик сопротивления усталостному разрушению металлов и сплавов, полученных в лабораторных условиях при исключении влияния определя-1СИЦИХ факторов, является недостаточным как при разработке материалов, IIIK и при расчетах деталей машин и сооружений на прочность. [c.13]

Идеи классической мелаиики разрушения в настоящее время используются при исследовании задач усталости для определения амплитуды интенсивности напряжений А/С в уравнении (2.5) пли скорости высвобождения энергии деформирования G. Чтобы убедиться в принципиальной пригодности для композитов эмпирического подхода в форме (2.5), нужно рассмотреть основные постулаты классической механики разрушения. Чрезвычайно важно, в частности, чтобы трещина распространялась линейно, т. е. не меняя первоначального направления. Поскольку в слоистом композите может быть несколько плоскостей слабого сопротивления (например, сдвигу или поперечному отрыву), поперечная сквозная трещина в нем будет прорастать в направлении наименьшего сопротивления. Наличие такого направления определяется матрицей (в плоскости слоя и между слоями) и поверхностью раздела волокно — матрица. [c.86]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...