Усталость металлов. Деформация и разрушение при длительном статическом нагружении. Механические свойства при ударных нагрузках, страница 4

Таким образом, усталостное напряжение объяснялось действием единого механизма, в принципе аналогичного механизму статического разрушения, независимо  от амплитуды напряжений, и связанного с ним числом циклов до разрушения. Между тем сам вид кривой усталости наводит на мысль, что в районе перехода от области Н к области F (см. рис. 206) должно происходить изменение действующего механизма. В более поздних работах это соображение было подтверждено.

Действительно, если усталостное разрушение происходит по механизму, характерному для статического (имеется в виду вязкое) разрушения, то накопление пластической деформации в процессе испытания должно приводить к упрочнению металла. Экспериментальная проверка этого положения затруднена, поскольку, как отмечалось выше, при обычных усталостных испытаниях не устанавливается непосредственной связи между напряжением и деформацией. Эту экспериментальную трудность можно преодолеть, подвергая образец пластическим деформациям заданной величины е и измеряя напряжения S₁, S₂, S₃, …, необходимые для получения такой же деформации в последующих циклах (рис.208). Возрастание напряжения S (замедленное эффектом Баушингера) является мерой деформационного упрочнения при циклическом нагружении. Если значения этого напряжения нанести на график в зависимости от суммарной пластической деформации, величина которой определяется умножением е на число циклов (т.е. суммируются последовательные пластические деформации без учета их знака), то для каждой амплитуды они дают циклический эквивалент статической кривой напряжение – деформация (рис.209).

Анализируя эти кривые, можно убедиться в том, что величина деформационного упрочнения при циклических испытаниях находится в зависимости от амплитуды напряжения.

Для больших амплитуд – область малых долговечностей Н на рис.206 – действительно наблюдается значительное упрочнение, как и при статических испытаниях. Следовательно, есть основание предполагать идентичность действующих в этих двух случаях механизмов. Как будет показано ниже, это подтверждается и особенностями структурных изменений, происходящих в металле в процессе усталостных испытаний при высоких напряжениях.

Совершенно иная картина наблюдается при малых амплитудах напряжений, т.е. в области больших долговечностей (F на рис.206). Здесь упрочняющий эффект очень невелик, а суммарная пластическая деформация при разрушении имеет аномально большую величину. Попытки объяснить этот эффект локализацией упрочнения в микрообъемах не нашли экспериментального подтверждения. Остается предполагать, что в области больших долговечностей действует иной механизм, не вызывающий заметного упрочнения и отличающийся тем самым от механизма разрушения металла в области малых долговечностей.

Предположение о том, что повреждающий эффект усталости определяется накоплением малых пластических деформаций, подтверждается, таким образом, только для области Н кривой усталости. Разрушение в области F не может быть объяснено простым суммированием деформаций, и, обсуждая природу усталости, следует иметь в виду именно те явления, которые происходят в области больших долговечностей.

1.3. Особенности микроструктурных изменений при                                                               усталости металлов.

Металлографические исследования поверхности образцов, подвергнутых усталостным испытаниям, также обнаруживают различия в явлениях, происходящих при циклическом нагружении с малой и большой амплитудами напряжений.

В последнем случае на шлифах появляются четкие, легко различимые полосы скольжения уже на ранних стадиях испытания. В дальнейшем число таких полос скольжения увеличивается, они захватывают новые зерна образца. Возрастает также интенсивность этих полос, что указывает на увеличение деформации сдвига в пачках скольжения. Картина в общем аналогична наблюдаемой при статическом деформировании, когда увеличение действующего напряжения активизирует постепенно все большее число плоскостей скольжения, что вызывает в конце концов заметное упрочнение материала. Сходство заключается еще и в том, что эти полосы скольжения могут быть удалены легкой полировкой поверхности. Отметим попутно, что такая обработка поверхности образцов в процессе усталостных испытаний заметно увеличивает их долговечность. Таким образом, микроструктурные исследования подтверждают общность механизмов разрушения при статическом нагружении и в области больших амплитуд напряжений при циклическом нагружении.