Факторы, влияющие на усталостную прочность материала
На величину предела выносливости образцов или деталей, изготавливаемых из того или иного материала, кроме характеристики цикла влияет целый ряд различных факторов.
1. Концентрация напряжений.
Наиболее важным фактором, снижающим предел выносливости, является концентрация напряжений, вызванная резким изменением сечения детали. Концентраторами напряжений на практике являются шпоночные канавки, отверстия в детали, малые радиусы закруглений в местах резкого изменения размеров сечений и т.п. Концентрация напряжений, как правило, содействует зарождению усталостной трещины, которая, развиваясь, приводит, в конце концов, к разрушению детали. Для учета влияния концентрации напряжений на предел выносливости вводится эффективный коэффициент концентрации напряжений, равный отношению предела выносливости «гладкого» образца 
sр и образца с концентратором напряжений sрк, т.е.
b= 
.
Экспериментально установлено, что коэффициент b уменьшается с увеличением коэффициента асимметрии цикла, т.е. по мере приближения нагружения к статическому, поскольку местные напряжения оказывают малое влияние на статическую прочность материала.
Хотя коэффициент должен определяться для каждого значения коэффициента асимметрии цикла, вследствие недостаточности экспериментальных данных в расчетах обычно используются числовые значения эффективного коэффициента концентрации напряжений для симметричного цикла.
|
|
|
Замечено, что усталостное разрушение в значительной степени зависит от интенсивности уменьшения напряжений в области очага концентрации напряжений. Если местные напряжений убывают достаточно резко, то число зерен материала в зоне высоких напряжений относительно невелико и вероятность зарождения усталостной трещины также относительно невелика.
2. Масштабный фактор.
Многочисленными испытаниями установлено, что усталостная прочность образцов при всех прочих равных условиях снижается с увеличением площади их поперечного сечения. Как правило, зависимость между пределом выносливости материала и размерами поперечного сечения имеет асимптотических характер, из чего следует, что для очень больших образцов предел выносливости оказывается неизменным. На сопротивление усталости оказывает влияние также длина образцов, хотя оно менее ярко проявляется по сравнению с влиянием размеров поперечного сечения.
В качестве причин появления масштабного фактора можно указать следующие:
- статистический фактор – большая вероятность появления дефектов и перенапряженных зерен материала, что приводит к увеличению вероятности разрушения;
|
|
|
- технологический фактор – влияние способа обработки детали в процессе ее изготовления;
- производственный фактор – ухудшение качества материала с увеличением объема детали, поковки и т.п.
Для неоднородных материалов, имеющих большое число дефектов, влияние масштабного фактора на предел выносливости выражено сильнее, чем для однородных материалов с существенно меньшим числом дефектов.
Влияние абсолютных размеров детали на предел выносливости учитывается с помощью коэффициента масштабного фактора.
3. Качество поверхности.
Результаты испытаний образцов, поверхность которых имеет разную степень чистоты обработки, свидетельствуют о том, что предел выносливости, полученный для образцов с полированной поверхностью, выше, чем для образцов со шлифованной поверхностью, а последних – выше, чем образцов с поверхностью, обработанной резцом, и т.п.
Это объясняется тем, что после обработки резцом на поверхности образца остаются надрезы, царапины и т.п., которые при действии переменных во времени нагрузок провоцируют зарождение и последующее развитие трещин.
Для повышения усталостной прочности деталей используются технологические методы упрочнения их поверхности, такие, как наклеп поверхностного слоя путем обдувки дробью или ультразвуком, закалка токами высокой частоты и др.
|
|
|
Положительное влияние указанных способов на усталостную прочность детали объясняется тем, что в поверхностном слое материала создаются сжимающие напряжения, которые затрудняют развитие усталостных трещин. Кроме того, вследствие наклепа повышается прочность материала в поверхностном слое.
Влияние технологических факторов на усталостную прочность оценивается коэффициентом поверхностного упрочнения.
4. Внешняя среда.
Резкое снижение предела выносливости вызывает коррозия металлов. При этом в поверхностных слоях возникают трещины коррозионной усталости, в основном внутрикристаллические. Около небольших местных коррозионных повреждений возникает концентрация напряжений, причем на дне коррозионной полости возникают максимальные напряжения. Это приводит к более интенсивному развитию коррозии и к постепенному углублению трещин усталости. Снижение предела выносливости вследствие коррозии более существенно для высокопрочных сталей. В целях защиты конструкций от коррозии применяют различные (антикоррозионные) покрытия поверхностей, например их окраску.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1016; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!