Усталостная прочность металла (выносливость)

Выносливость металла в атмосфере воздуха мало зависит от закона изменения напряжений в течение одного цикла и до частот порядка 1000 Гц практически не зависит от частоты изменения напряжений. Основное влияние на усталостную прочность металла оказывает вид напряженного состояния (наибольшей выносливостью металл обладает при циклическом изгибе, меньшей — при растяжении —сжатии и наименьшей —при кручении), а также величина и знак максимального и минимального напряжений. Влияет на усталостную прочность металла и степень асимметрии при изменении напряжений. Оказалось, что чем больше доля постоянного напряжения, тем выше выносливость при асимметричном цикле. [c.77]

УСТАЛОСТНАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛА (ВЫНОСЛИВОСТЬ) [c.101]

Согласно адсорбционно-электрохимической теории, снижение выносливости под действием коррозионной среды состоит из снижения под действием адсорбционной, водородной и собственно коррозионной усталости (рис. 29). Влияние коррозионной среды существен[[о влияет на ряд факторов, определяющих усталостную прочность металлов. [c.82]

Растрескивание металла под воздействием знакопеременной нагрузки или периодической динамической нагрузки называют усталостным разрушением. Чем больше приложенное в каждом цикле напряжение, тем быстрее разрушается металл. График зависимости напряжения 5 от числа циклов до разрушения N представлен на рис. 7.14. При значениях Ы, лежащих справа от верхней сплошной линии, соответствующие им напряжения приводят к растрескиванию, но если напряжение равно так называемому пределу усталости (или пределу выносливости) или ниже его, металл не разрушается даже при бесконечно большом числе циклов. Для сталей реальный предел усталости составляет около половины прочности на растяжение (но это правило не обязательно распространяется на другие металлы). Усталостная прочность любого металла — это значение напряжения, ниже которого металл не разрушается при заданном числе циклов. Частота приложения на- [c.155]

Увеличение интенсивности закалки углеродистой стали увеличивает предел выносливости в 2—3 раза. Однако, наряду с этим, падает вязкость металла, что может на практике привести к разрушению детали. Поэтому для улучшения прочности детали применяют специальные методы обработки—поверхностную закалку, цементацию, азотирование и т. д.,—при которых сердцевина остается мягкой, что увеличивает ее стойкость против удара. При этом увеличение предела выносливости зависит от толщины слоя, подвергающегося термообработке. Наличие такой корки особенно важно в тех случаях, когда деталь работает на изгиб или скручивание. Для повышения усталостной прочности могут быть использованы лишь те способы, при которых не получается поверхностных трещин или возможна ликвидация этих трещин путем полировки, либо других операций. [c.105]

ЦИКЛОВ демонстрируют весьма высокие свойства, существенно превышающие усталостную прочность металлов. Так, если предел выносливости качественной углеродистой стали 35А в этих условиях составляет величину порядка = (60-70) МПа, то для реактопласта АГ-4С = 130 МПа, для стекловолокнистого армированного материала СВАМ = (85-90) МПа, а для широко распространенного стеклонаполненного листового материала на основе СП-ПН-1 = (30-35) МПа (рис. 27). [c.100]

Из литературных данных известно, что наводороживание стали особенно сильно проявляется в изменении усталостной прочности металла, характеризуемой способностью металла выдерживать знакопеременные циклические нагрузки без разрушения [2, 138]. Нами производилось сравнение чувствительности метода скручивания проволочных образцов и метода усталостных испытаний. Для проведения усталостных испытаний применялась установка, подобная описанной в работе [139]. Ее устройство позволило создавать знакопеременные нагрузки во вращающемся деформированном по дуге проволочном образце, один конец которого закреплялся в шпинделе быстроходного электромотора, а второй — в патроне счетчика оборотов. Принцип работы установки заключается в чередовании деформаций сжатия и растяжения при повороте образца на каждые 180°, т. е. мы имеем усталостную машину с симметричным циклом. Показателем выносливости служит количество циклов, выдерживаемых проволочным образцом до разрушения. В табл. 1.4 приведены некоторые результаты работы [140], позволяющие сравнить чувствительность двух последних методов. Как видно из таблицы, метод испытания на усталость более чувствителен в случае слабого наводороживания образцов, однако проигрывает методу скручивания в воспроизводимости результатов. При исследовании действия тех или иных факторов на наводороживание стали мы широко пользовались методом испытания пластичности проволочных образцов при скручивании, так как он является достаточно чувствительным к наводороживанию и требует незначительных затрат времени и материала на изготовление образцов. [c.39]

Положительное влияние электрополирование поверхности оказывает на предел выносливости и усталостную прочность металла (фиг. 30). [c.44]

Влияние остаточных напряжений на выносливость стали необходимо рассматривать одновременно с влиянием наклепа, так как этш два явления часто связаны одно с другим. Необходимо учитывать при этом, что структура наклепанного слоя может изменяться при наклепе и приложении циклического нагружения, например может произойти распад пересыщенного твердого раствора, а также то, что-трещины усталости иногда образуются под наклепанным слоем, т. е. усталостную прочность обусловливает не только качество поверхностного слоя деформированного металла, но и сочетание выносливости этого слоя с выносливостью всего металла детали. [c.137]

Известно, что цементация с последующей термообработкой стальных изделий всегда повышает их усталостную прочность и это повышение зависит от режима термической обработки. Повышение выносливости в этом случае в основном связано с возникновением в приповерхностном слое изделия значительных остаточных сжимающих напряжений и в упрочнении самого приповерхностного слоя металла при его цементации и закалке. [c.152]

Объяснение этой гипотезы заключается в том, что благодаря кристаллической структуре материала для наступления усталостного разрушения определенный объем материала должен находиться при напряжении, равном пределу выносливости. Величина б более полно, чем параметр q, отражает фактические свойства материала, в частности, определено, что для высокопрочных металлов критическое значение б меньше, чем для низкопрочных. Данные показывают, что в сталях для сосудов давления категории прочности до 70 кгс/мм надежные значения коэффициента снижения усталостной прочности достигаются при б = 0,05 мМ. [c.69]

Таблица 3. Коррозионно-усталостная прочность (выносливость) различных металлов и сплавов в различных грссснвных средах

Многие ответственные детали машин и различных конструкций подвергаются при эксплуатации одновременному действию коррозионноактивной среды и переменных напряжений. Коррозионная среда, действующая на металл, подверженный повторно-переменным напряжениям, сильно снижает его усталостную прочность — выносливость. Понижение выносливости при одновременном действии на металл переменных напряжений и коррозионной среды называют коррозионной усталостью. [c.176]

Коррозионная усталость. Предел выносливости металлических материалов очень сильно зависит от коррозионной среды. Установлено, что при воздействии на металл различных коррозионных факторов предел выносливости понижается. В реальных условиях эксплоатации машин многие детали подвергаются одновременному воздействию переменных напряжений и коррозионной среды, что сильно понижает их усталостную прочность. При воздействии на детали машин знакопеременных напряжений в условиях дополнительного воздействия коррозионной среды вызывается более значительное их усталостное разрушение. Продукты коррозии, образующиеся на поверхности металла [c.47]

При конструировании очень часто бывает необходимо знать величину предела выносливости (усталости), т. е. величину того максимального напряжения, которое может выдержать, не разрушаясь, металл, повергнутый бесконечно большому числу перемен нагрузки. В таких случаях условно определяют предел выносливости как максимальное напряжение, которое выдерживает стальной образец, при числе перемен нагрузки 10 и образцы из цветных металлов при числе перемен нагрузки, равном 108. Полученные таким образом количественные характеристики усталостной прочности в большинстве случаев пригодны при конструировании. Однако без оценки усталостной прочности деталей пределы выносливости приходится рассматривать в связи с влиянием концентрации напряжений и абсолютных размеров на прочность при действии переменных напряжений. [c.78]

Явление, при котором металл растрескивается под воздействием знакопеременной или периодической нагрузки, называют усталостным разрушением. Время его возникновения тем меньше,, чем больше величина прикладываемой нагрузки при каждом цикле. Зависимость напряжения от числа циклов до разрушения представлена на рис. 57. При числе циклов, лежащих правее сплошной линии, соответствующие им напряжения вызывают разрушение металла. Оно не наступает в том случае, если напряжения не превышают так называемого предела выносливости или предела усталости. Для стали истинный предел выносливости равен примерно половине предела прочности. У других металлов соотношение этих величин может быть иным. Усталостная прочность любого металла представляет собой напряжение, ниже которого разрушения не происходит. В некоторых случаях оговаривается частота [c.119]

Предел коррозионной выносливости зависит от рода металла и характера агрессивной среды. Опытные данные показывают, что химический состав углеродистых сталей оказывает малое влияние на их коррозионно-усталостную прочность в растворах электролитов. [c.102]

Коррозионно-усталостная прочность (выносливость) различных металлов и сплавов [c.255]

Равномерный наклеп повышает прочность при статических нагружениях и понижает пластичность стали. Поверхностный наклеп изменяет качество стали на очень небольшую глубину по сравнению с размерами детали, поэтому он обычно не влияет на механические характеристики стали, которые получаются при одноосном растяжении, но поверхностный наклеп всегда повышает усталостную прочность металла, если наклеп не перешел определенного предела, после которого наблюдается перенаклеп, снижающий выносливость. [c.133]

При больших габаритах изделий следует проводить местную термическую обработку зоны сварного соединения. При сварке встык деталей, имеющих различную толщину, возникают остаточные напряжения, которые приводят к усилению коррозии. Для уменьшения напряжений желательно уравнивание толщины свариваемых деталей на участке шва. Необходимо избегать наложения швов в высоконапряженных зонах конструкции, так как остаточные сварные напряжения, суммируясь с рабочими напряжениями, вызьшают опасность коррозионного растрескивания. Рекомендуется не деформировать металл около сварных швов, заклепок, отверстий под болты. Механическая обработка швов фрезой, резцом или абразивным кругом обеспечивает плавное сопряжение шва и основного металла и этим способствует уменьшению концентрации напряжений в соединении и повышению его коррозионно-механической прочности. Особенно эффективна механическая обработка стыковых соединений, предел выносливости которых после обработки шва растет на 40—60 %, а иногда достигает уровня предела вьшосливости основного металла. Стыковые соединения по сравнению с другими видами сварных соединений характеризуются минимальной концентрацией напряжений и наибольшей усталостной прочностью. Повышения усталостной проч- [c.197]

Цинковые и кадмиевые покрытия повышают сопротивление с атеи коррозионному растрескиванию Пониж нне предела выносливости металла, возникающее прн о новремен-ном воз енствии циклических знако-перемеи 1ых напряжений и коррозионной среды, называется коррозионной усталостью Напряжение, к торое вызывает усталостное разрушение ме талла в коррозионной среде через заданное чисто циклов, называется условным пределом коррозионно усталостной прочности. [c.17]

Смещение кромок стыкового соединения вызывает значительное повышение концентрации напряжений в зоне сопряжения шва с основным металлом (рис.9.3.6). Сопоставление предела выносливости образцов, сваренных со смещением кромок, по сравнению с а образцов, сваренных без смещений, свидетельствует о существенном понижении усталостной прочности в результате несовпадения плоскостей стьосуемых элементов [177]. [c.310]

Обеспечение высокой усталостной прочности бислойных элементов, например лопастей кругшых колес гидротурбин, облицованных сваркой взрывом, также существенно зависит от сочетания основного металла и металла облицовки. Так, например, образцы из стали 22К, облицованные сталью 1Х18Н10Т, после отпуска 630 С имели предел вьшосливости 95 МПа, тогда как образцы, облицованные сталью 1X13 после такой же термообработки, имели предел выносливости 185 МПа, что близко к пределу выносливости стали 22К. Такое повышение усталостной прочности в последнем случае объясняется образованием остаточных сжимающих напряжений в облицовке и под ней [57, 325]. [c.324]

Как мы уже говорили, коррозионное поражение поверхности металла зависит от распределения электродных потенциалов по поверхности, на которые, в свою очередь, влияют не только структура стали и химический состав отдельных ее компонентов, но и локальные-искажения решетки (наклеп ), вызванные обработкой. С целью выяснения влияния различных видов механической обработки на коррозионные поражения поверхности стали и дальнейшее влияние этих поражений на выносливость Ю. И. Бабей в лаборатории Института машиноведения и автоматики АН УССР провел исследование влияния механической обработки на усталостную прочность стали после ее предварительной атмосферной коррозии [7] и коррозии при попеременном окунании в 3%-ньш раствор ЫаС1 и высушивании. [c.72]

Полученные результаты показывают, что в тех случаях, когда компоненты соли образуют с циклически нагружаемым металлом новые соединения, вызывающие повышение прочности приповерхностного слоя либо появление остаточных напряжений сжатия в этом слое, наблюдается повышение коррозионно-усталостной прочности стали. Примером этого является случай с нагружением стали в нитратно-нитритном расплаве при 500° С, когда за счет азотирования приповерхностного слоя повысилась выносливость. В случае же усиления растворения стали в расплаве, которое активировалось при600°С, наблюдалось значительное снижение выносливости. [c.114]

Наши исследования [68], а также исследования А. В. Рябченкова [132] показали, что накатка роликами или дробеструйный наклеп могут устранить понижение выносливости при действии коррозионноактивных сред (при базе исследования N = 2-10 циклов), и даже усталостная прочность стальных деталей в этих случаях может оказаться большей, чем усталостная прочность ненаклепанных деталей в воздухе. Это объясняется уплотнением поверхностного слоя и закрытием (завальцовыванием) путей для проникновения активных сред внутрь металлов через дефекты поверхности, а также возникновением при наклепе благоприятно действующих остаточных напряжений сжатия. Повышению выносливости стали в активных средах в результате наклепа поверхности способствует также замазывание дефектов поверхности ферритом, который течет по поверхности стали при ее пластической деформации. [c.134]

Скоростное резание дает наиболее равномерный наклеп и вызывает появление равномерно распределенных остаточных сжимающих напряжений, а в случае скоростного резания закаленных сталей — появление равномерного слоя металла вторичной закалки. Все это повышает усталостную прочность стали. Силовое резание, наоборот, вызывает неравномерный наклеп (появление двух спиралеобразных полосок с различной микротвердостью, см. фиг. 77, а) и значительные градиенты остаточных напряжений, что приводит к снижению выносливости. При режимах резания, вызывающих перенаклеп поверхности и появление на ней рваных мест, задиров и трещин (что наблюдается при наростообразовании на резце, либо чрезмерном давлении на ролик при обкатке), усталостная прочность стали наименьшая. [c.144]

Влияние гальванопокрытий на выносливость стали в воздухе И. В. Кудрявцев и А. В. Рябченков 194, 132] объясняют действием остаточных напряжений, возникающих в приповерхностном слое изделия в результате покрытия. При покрытиях стали хромом, никелем и медью в приповерхностном слое возникают остаточные напряжения растяжения, достигающие 40—50 кПмм , что и вызывает снижение выносливости в воздухе и особенное коррозионных средах. На уменьшение коррозионно-усталостной прочности стали при покрытии этими металлами влияет также то, что они, будучи катодными по отношению к стали во всех коррозионных средах, при наличии нарушений в сплошности покрытия (которые особенно значительны в слое электрически осажденного никеля), усиливают анодное разрушение стали. [c.154]

НИИ. Данных о влиянии абсолютных размеров при коррозионной усталости металла мало и они npotHBope4HBbi. Так, например, считают [138], что абсолютные размеры не влияют на выносливость стали в коррозионной среде, однако в Листках для конструкторов , помещенных в Вестнике машиностроения [100], указывается, что с увеличением абсолютных размеров деталей коррозионно-усталостная прочность уменьшается более интенсивно, чем в воздухе. Эти последние выводы, очевидно, основываются на исследованиях Мак-Адама [178], показавшего снижение коррозионно-усталостной прочности малоуглеродистой и хромоникелевой сталей на 10—25% при увеличении диаметра образца от 12 до 16 мм. [c.163]

Одним из преимуществ высокомодульных карбоволокнитов перед другими конструкционными материалами (стекло-, бороволок-нитами, металлами и т. д.) является их высокая статическая и динамическая выносливость. На рис. .28 приведены данные об усталостной прочности стекло- и карбоволокнитов на эпоксидном связующем [16]. Усталостная прочность высокомодульных карбоволокнитов выше, чем у стекловолокнитов при нормальной и очень низкой температурах [16] (рис. У.29). Одним из факторов, способствующих повышению усталостных характеристик карбоволок- [c.225]

Под пределом усталости (выносливости) понимают обычно величину нагрузки в Мн/м (кГ/мм ), которую испытуемый образец при любой частоте повторений нагрузки выдерживает без разрушения. Эта важная характеристика определяется с помощью так называемой кривой усталости , причем для чугуна II стали установлено предельное число циклов нагрузки 10- 10 , а для лзгких цветных металлов 50-10 циклов. Однако до сих пор нет достаточных опытных данных, подтверждающих эти предельные величины для образцов с гальваническим покрытием. Из соображений целесообразности, в числе которых главную роль играет большая затрата времени на исследования, предел циклов, равный 10-10 , сохранен также и для гальванически обработанных стальных образцов. Однако при этом нужно иметь в виду, что процент разрушений при нагрузках меньше предела выносливости и в зависимости от способа обработки и рода нагрузки может составлять более 10%. В отличие от предела усталости материала существует еще так называемая усталостная прочность изделия , представляющая собой предел усталости детали данной формы и обозначаемая как номинальная нагрузка. Эта величина не характеризует свойства материала, однако она дает представление о прочности детали с учетом фор МЫ (сужений) и обработки и в большинстве своем оказывается пониженной по сравнению с прочностью материала. [c.145]

Макроскопические характеристики усталостного разрушения металлов и волокнистых композиционных материалов очень похожи, хотя на микроуровне они различаются очень сильно. Хрупкие материалы, такие как стекло, углерод и бор, не снижают свою несущую способность при циклических нагрузках в отличие от пластически деформируемых материалов. Следовательно, композиционные материалы на основе хрупких волокон должны обладать высокой усталостной выносливостью, если волокна выдерживают основную нагрузку. Это предположение выполняется в случае пластиков, армированных однонаправленными углеродными и борными волокнами при усталостных испытаниях на одноосное напряжение. Диаграммы зависимости максимального напряжения от числа циклов до разрушения (диаграммы а—М) для таких материалов действительно практически горизонтальны и при циклических нагрузках, лежащих ниже полосы разброса статической прочности при растяжении, истинное усталостное разрушение практически не наблюдается. Бимон и Харрис [140], а также Оуэн и Моррис [141] получили одинаковые результаты для карбопластиков на основе эпоксидных и полиэфирных связующих [c.136]

Картина резко изменилась после того, как никелированные образцы были подвергнуты термической обработке при 400°. В этом случае предел выносливости образцов снизился на 46%. Такое существенное снижение предела выносливости образцов после термической обработки может быть объяснено тем, что при нагреве сильно возросла прочность сцепления покрытия с основным металлом. С другой стороны, структура самого покрытия претерпела существенные изменения в осадке образовались твердая и хрупкая фаза — химическое соединение N 3 , значительно возросла твердость покрытия и, кроме того, в нем действуют довольно высокие растягивающие внутренние напряжения. Все это вместе взятое и оказало большое влияние на усталостную прочность испытывавщихся образцов. [c.99]

Проведенные опыты не только подтвердили известное положение о вреде остаточных растягиваюш,их напряжений для циклически нагруженных деталей в воздухе, но и показали еще больший их вред для деталей, циклически нагружаемых в поверхностно-активных средах. В последнем случае наличие остаточных растягивающих напряжений приводит к весьма значительной потери усталостной прочности, гораздо большей, чем это было бы при аддитивности обоих факторов. Вместе с тем эти опыты показали, что остаточные сжимающие напряжения в. поверхностном слое металла полезны, так как вызывают повышение выносливости при работе в поверхностно-активных средах. Сжимающие напряжения практически ликвидируют адсорбционно- и коррозионно-усталостные процессы и, следовательно, могут служить действенным средством борьбы с адсорбционной и коррозионной усталостью. [c.131]

В настоящее время установлено, что наклеп от холодной пластической деформации действует благоприятным образом на повышение прочностных характеристик металла п, в частности, на усталостную прочность. Пластические свойства металла в результате наклепа изменяются несущественно, тогда как чувствительность к концентраторам напряжений с ростом степени наклепа значительно понижается [3]. На циклическую прочность металла поверхностный наклеп действует по дву.м направлениям он повышает выносливость металла в поверхностной зоне и в то же время вызы--вает благоприятные изменения напряженности в этой зоне. [c.15]

Зависимость между амплитудой напряжения а и логарифмом числа циклов нагружения до разрушения полимерного материала называют кривой Вёлера. Такие кривые наиболее объективно характеризуют основные усталостные свойства материалов. На рис. 4.20 приведены кривые Вёлера для ряда полимеров, для некоторых из них число циклов нагружения слабо зависит от амплитуды напряжения. Для таких полимеров существует определенный предел амплитуды напряжения, ниже которого разрушения материала не наблюдается при увеличении числа циклов до бесконечности. Эта предельная амплитуда напряжения называется пределом вьшосли-вости. Именно эта величина должна использоваться в инженерных расчетах на усталостную прочность конструкции из полимерных материалов, подвергающихся длительным периодическим воздействиям. Наличие предела выносливости характерно не для всех полимеров. Аналогично для металлов [c.175]

На основании работы Стюарта в Кембридже можно считать, что в условиях, когда может проявляться коррозионная усталость, контакт с цинком заметно повышает коррозионно-усталостную выносливость в среде, близкой к нейтральной, но в кислой среде улучшения почти не наблюдается. Это и неудивительно начиная исследование ожидали некоторого сокращения числа циклов до разрушения вследствие поглощения водорода, однако в условиях лабораторных испытаний оно не наблюдалось. В одной американское работе было отмечено несколько интересных фактов травление в теплой серной кислоте заметно понижает усталостную прочность, но ингибитор вроде диортотолилтиомочевины уменьшает этот эффект, который скорее можно приписать образованию местных углублений, чем поглощению водорода. Такие результаты были получены на]малоуглеродистой стали, причем некоторые из них при небольшой амплитуде напряжений. Эти ограничения следует иметь в виду при перенесении получаемых результатов на условия эксплуатации. Конечно, в случае легированных сталей, обладающих повышенной прочностью, опасаются присутствия водорода в стали как причины, вызывающей растрескивание. Джексон отмечает, что в обычных углеродистых пружинных сталях (закаленных и отпущенных) водород оказывает катастрофическое влияние металл растрескивается в самом начале испытания на усталость (без коррозионного воздействия) [47]. [c.668]