На ранних стадиях испытания зародившаяся усталостная трещина замедляется и на глубине 10-3 - 10-2 см становится почти неподвижной (нераспространяющаяся усталостная трещина). Эта остановка трещины, очевидно, связана с релаксацией растягивающих напряжений у ее вершины. Заключительная стадия роста усталостной трещины, при которой образуется большая часть собственно усталостного излома АВС на рис. 210, но которая по времени занимает лишь небольшую часть (около 10%) испытания, начинается, когда трещина переходит в плоскость. Перпендикулярную направлению нормального напряжения. Прогрессивное распространение трещины на этом этапе происходит скачками.
Привлекая дислокационные представления, Коттрелл следующим образом описывает рост трещины на этой стадии процесса. Во время фазы растяжения фронт трещины несколько продвигается вперед в результате действия механизма, аналогичного механизму пластичного разрушения при статическом нагружении. Рост трещины приостанавливается вследствие пластической деформации, так как напряжения, создаваемые дислокационными скоплениями перед вершиной трещины, препятствуют ее распространению. Во время фазы сжатия острие трещины захлопывается и дислокационные скопления исчезают, однако плоскости трещины не свариваются, так что во время следующего цикла происходит новый скачок фронта трещины. Процесс повторяется до тех пор, пока поперечное сечение образца не становится достаточно малым для полного разрушения за одну фазу растяжения (зона ВDC на рис. 210). Детальный анализ поверхности усталостного излома подтверждает, что каждый скачок фронта трещины происходит за один цикл нагружения, поскольку число тонких линий отображающих последовательное положение вершины трещины, соответствует числу циклов нагружения.
1.5. Факторы, влияющие на усталостную прочность.
Факторы, влияющие на усталость, можно разделить на две группы. К первой относятся условия испытания (или эксплуатации), такие как характеристики цикла, частота приложения нагрузки, температура, свойства окружающей среды и т.д., к другой – свойства самих испытуемых материалов, зависящие от их химического состава и структуры, от состояния и конфигурации поверхности и т.д.
Влияние амплитуды деформации подробно рассматривалось при анализе диаграммы σ – N (см. рис. 209). Напомним, что при уменьшении амплитуды деформации долговечность материала повышается и в области малых амплитуд достигает весьма большой или неограниченно большой величины.
При больших амплитудах напряжения (малоцикловая усталость) проявляется своеобразная память металла к повреждениям, возникающим в процессе испытания. Другими словами, повреждения в области больших перегрузок могут суммироваться с такого же рода повреждениями, полученными ранее, независимо от промежутка времени, разделяющего моменты, когда испытание приостановлено и возобновлено. В случае малоцикловой усталости напряжение уже не служит критерием интенсивности циклического нагружения. Более объективной характеристикой цикла при этом является изменение повторной пластической деформации, амплитуда которой Δεпласт достигает значительной величины и связана с числом циклов до разрушения N простым соотношением:
N1/2 Δεп = С, (7)
Где С – константа при N < 105.
Другая важная характеристика цикла – величина среднего напряжения которая в отличие от амплитуды определяет постоянную составляющую напряжения цикла. Диаграмма, приведенная на рис. 213, иллюстрирует связь между средним напряжением цикла и амплитудой напряжения для данной долговечности. Линия ОС (σа= σm) определяет границу области АОС, в которой напряжение не меняет знака в течение цикла. Точка А соответствует разрушающему напряжению при σа=0, т.е. пределу прочности при статическом испытании. Точка В определяет предел выносливости σ-1 при данном числе циклов до разрушения, для которого строится диаграмма. Линия, соединяющая точки А и В, указывает возможные комбинации σа и σm для данной долговечности. Экспериментальные результаты для большинства материалов укладываются в область между прямой BDA и параболой ВЕА. Из диаграммы следует, что увеличение среднего напряжения цикла вызывает разрушение при меньших амплитудах напряжения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.