Феноменология и механизмы пластической деформации и разрушения при статическом нагружении не представляют интереса для понимания собственного усталостного разрушения (область F на рис. 206).
Изучение поверхности образцов после усталостных испытаний с малой амплитудой выявляет совершенно иные особенности микроструктуры. На ранних стадиях процесса при числе циклов, составляющем от 1 до 10% долговечности, появляются тонкие, еле видимые при оптических увеличениях полосы скольжения. Такие полосы образуются в местах концентрации напряжений или в отдельных благоприятно ориентированных зернах при напряжениях даже ниже предела выносливости. Так, в образцах железа, нижний предел текучести которого составляет 220 Мн/м2 (22,0 кГ/ мм2), а предел выносливости 140 Мн/м2 (14,0 кГ/ мм2), тонкие полосы скольжения обнаруживаются после 3000 циклов при напряжении ±106 Мн/м2 (10,6 кГ/ мм2). При увеличении циклического напряжения до значений, несколько превышающих предел выносливости, тонкие полосы скольжения становятся более заметными и не удаляются при слабой полировке поверхности образца. Эта особенность их поведения весьма характерна, поэтому такие полосы скольжения называют стойкими или устойчивыми.
Особый механизм образования устойчивых полос скольжения подтверждается данными рентгеноструктурного анализа. На рентгенограммах, снятых с поверхности исходного отожженного образца латуни и после циклического нагружения с большой и малой амплитудами. Дебаевское кольцо для отожженного образца состоит из ряда четких точек, что свидетельствует о высокой степени совершенства зерен. Рефлексы становятся сильно размытыми уже после нескольких циклов нагружения с большой амплитудой, поскольку в результате пластической деформации, возникающей при больших напряжениях, зерна разбиваются на отдельные различно ориентированные субзерна. Испытания при малых амплитудах, также доведенные до разрушения образца, не вызывают изменения дифракционной картины по сравнению с исходным состоянием. Следовательно, локальная пластическая деформация, связанная с образованием тонких устойчивых полос скольжения, не приводит к таким изменениям структуры окружающих зерен, которые можно было бы уловить высокочувствительным рентгеновским методом.
Рельефность тонких полос скольжения, возникающих в процессе усталостных испытаний с малой амплитудой напряжений, и их устойчивость при полировке указывают на то, что с ними должны быть связаны такие детали поверхности образца, которые имеют значительную протяженность в направлении, перпендикулярном плоскости шлифа. Применение методов электронной микроскопии позволяет наблюдать образование тонких линий сдвига и ранние стадии зарождения усталостных трещин. Методом реплик можно изучать явления, происходящие у поверхности образца, что особенно важно при усталостных испытаниях. В результате удается наблюдать такие тонкие детали образующегося на поверхности рельефа, размеры которых выходят за пределы разрешающей способности метода оптической микроскопии.
Еще более подробную информацию о деталях строения поверхности образцов и о глубине проникновения повреждений внутрь образцов, подвергаемых действию повторно-переменных нагрузок, дает разработанный и с большим успехом использованный Вудом метод косых шлифов. Наблюдения, сделанные Вудом с помощью предложенного им метода, оказались столь важными для понимания природы усталости, что со времени их опубликования неизменно цитируются во всей мировой литературе, касающейся проблемы усталости. Рассмотрим, следуя Вуду, картину структурных изменений при нарастании числа циклов нагружения.
Первая стадия.
В образцах α – латуни и меди, подвергнутых переменному кручению, после примерно 103 циклов образуются зоны скольжения с аномальными искажениями, легко выявляемыми в местах пересечения полос скольжения с плоскостью шлифа. Под аномалией этих искажений Вуд понимает их повышенную устойчивость против глубокого травления. Полосы скольжения при этом не исчезают, а лишь растравливаются – увеличивают толщину. С увеличением амплитуды напряжения следы деформации укорачиваются и совсем исчезают при достаточно больших напряжениях. Этот эффект еще раз доказывает, что при малых амплитудах напряжения действует своеобразный механизм разрушения. Появление тонких устойчивых следов скольжения лишь при малой амплитуде напряжения является другой характерной их особенностью (аномалией).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.