Усталость металлов. Деформация и разрушение при длительном статическом нагружении. Механические свойства при ударных нагрузках

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1 УСТАЛОСТЬ МЕТАЛЛОВ....……………….............................2

1.1 Основные понятия……………………………………...…...........3

1.2 Анализ диаграммы усталости.......................................................6  

1.3 Особенности микроструктурных изменений при усталости         

             металлов...…………………………………………………...........9

              1.4 Образование и распространение усталостных трещин………13

1.5 Факторы, влияющие на усталостную прочность………..........17

Глава 2 ВЛИЯНИЕ  ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ  ВЕЩЕСТВ НА

МЕХАНИЧЕСКИЕ   СВОЙСТВА   МЕТАЛЛОВ    (ЭФФЕКТ

РЕБИНДЕРА)………………………………………………………..23

              2.1 Формы проявления эффекта Ребиндера………………….23               2.2 Особенности эффекта Ребиндера……………………………...25

2.3 Понижение   прочности   и  хрупкость   твердых    тел под влиянием поверхностно-активных расплавов………………..27

2.4 Защита от адсорбционного понижения прочности…………..30

Глава 3 МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ………………….32 

3.1 Три вида микромеханических исследований...........................32

3.2  Структурно-механические испытания……………………….33

3.3  Микротвердость……………………………………………….34

3.4 Микромеханические испытания………………………………35

Глава 4 ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ  К  НАДРЕЗУ  И  К ТРЕЩИНЕ  ПРИ

ОДНОКРАТНОМ НАГРУЖЕНИИ………………………………..40           

Глава 5 ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ

СТАТИЧЕСКОМ    НАГРУЖЕНИИ………………………………41

5.1 Основные    понятия……………………………………………41           

5.2 Сопротивление       пластической        деформации      при

                 длительных статических нагрузках…………………………….41

5.3 Сопротивление  разрушению,  время   до  разрушения   и

                пластичность при длительных статических нагрузках ……….43

Глава 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ       СВОЙСТВА      ПРИ        УДАРНЫХ

               НАГРУЗКАХ………………………….................................. …..50

6.1 Основные понятия…………………………………………….50

6.2. Ударная вязкость при изгибе…………………………..........51

Глава 1. УСТАЛОСТЬ МЕТАЛЛОВ.

Еще в эпоху гужевого транспорта специалисты замечали, что на осях почтовых карет после длительного пробега появлялись мелкие трещины в местах переходов сечений, острых углов и т.д., т.е. в областях концентрации напряжений.

Рассмотрим пример напряженного состояния, возникающего во вращающейся детали под действием постоянной по величине и направлению изгибающей силы Р (рис.205). В любой точке сечения (за исключением точек, расположенных на оси вращения) за время одного оборота детали напряжения успевают дважды изменить знак. Например, в расположенной на поверхности вала точке А напряжение от растягивающего переходит в сжимающее и снова в растягивающее, т.е. изменяется циклически. Подобное изменение эпюры напряжений происходит и в том случае, когда деталь неподвижна, а действующая на него сила изменяется во времени по величине и направлению. Большинство деталей современных машин и конструкций работает именно в таких условиях, т.е. подвергаются в процессе эксплуатации воздействию знакопеременных напряжений. Оказывается, что сопротивление металла циклическим нагрузкам в значительной мере отличается от его сопротивления статическому нагружению. Напряжение, необходимое для разрушения детали, уменьшается с увеличением числа циклов его приложения и при определенном количестве циклов снижается до величины, составляющей от 1/3 до 3/5 статического предела прочности.

Соотношение между максимальной величиной прикладываемого напряжения и числом циклов, необходимым для разрушения, выражается зависимостью, характерные примеры которой приведены на рис.206. Кривая 1 типична для углеродистых и малолегированных сталей, для которых величина разрушающего напряжения, начиная с некоторого предела, не зависит от числа циклов его приложения. Под действием напряжения ниже этого значения материал не разрушается при любом, осуществимом на практике числе циклов. Для целого ряда других металлов и сплавов такого определенного предела не существует, и величина разрушающего напряжения непрерывно падает с увеличением числа циклов по крайней мере до 10⁹ (рис.206, кривая 2).

Таким образом, при практическом использовании металлов их сопротивление действию повторно-переменных нагрузок часто является лимитирующим фактором, поскольку разрушающее напряжение при этом значительно ниже прочностных характеристик, определяемых при статических испытаниях. Это обуславливает большую практическую важность проблемы усталости металлов.

1.1.Основные понятия.

Многочисленность работ в области усталости металлов и обилие переводных изданий определяют известную произвольность в терминологии и обозначениях. В дальнейшем изложении мы будем придерживаться в основном определений и обозначений, рекомендованных Вейбуллом.

Повторно-переменными, или циклическими называют нагрузки, которые действуют на металл, повторяясь большое число раз и изменяясь при этом по одному и тому же закону. Под усталостью понимают процесс повреждения материала при длительном воздействии таких нагрузок.