2.2. ГИГАЦИКЛОВАЯ УСТАЛОСТЬ
В области “гигацикловая усталость,” указывая на жизни порядка 109 циклов или выше, были получены данные, указывающие, что у некоторых материалов нет предела усталости в пределах диапазона проверенных циклов, используя сверхзвуковые испытательные машины. Для многих материалов отмечено двойственное поведение, как изображено в рисунке 2.1. Например, наблюдаемое поведение усталости в районе между 107 и 109 циклами показало, что у кривой S-N все еще есть немного отрицательный наклон [4]. Дуализм кривых S–N был соединен во многих случаях с фрактографическими наблюдениями раздельного поведения
Рис. 2.1.Схематичное изображение наблюдаемого поведения при гигацикловой усталости
в отказах, которые начинают около поверхности, и отказов, которые начинаются под поверхностью. В последнем случае наблюдаются более длительные жизни. как изображено на графике. Пример такого наблюдаемого поведения иллюстрирован на рисунке 2.2 для 2024 алюминий T3 [5]. В этом случае, два механизма наблюдаются от поверхностей перелома. Режим A обозначает образцы, которые потерпели неудачу от сломанных включений в материал. Эти события имели место для тестов, которые продлились меньше, чем 106 циклов. Режим B обращается к более длинным жизненным образцам, где отказ, как полагают, был начат устойчивыми ошибочными связями. Если все данные взять вместе, разброс в жизни является чрезвычайно большим, особенно на уровнях напряжения, соответствующих средним жизням приблизительно в 106 циклов. Однако, если данные являются отдельными согласно двум наблюдаемым механизмам, разброс для каждого режима намного меньше, и дуальность кривой S–N отличить намного легче. Авторы приписывают разброс в жизнях приблизительно 106 циклов к соревнованию между этими двумя механизмами образования трещин. В этом особом материале, оба механизма образования трещин не отличаются,
Рисунок 2.2. Кривая S–N для 2024/T3 алюминиевого сплава (R = 0 1) из [5]
будучи на или далеко от поверхности.
Данные по двум материалам из другого источника [6] иллюстрируют более общее установление границ между поверхностным и подповерхностным инициированием, как изображено схематично на рисунке 2.1. На рисунке 2.3 показаны данные по Ti-6Al-4V, которые были получены со сверхзвуковым испытательным аппаратом, работающим в 20 кГц так же как с обычной машиной, работающей в 150 гц. Эти две частоты произвели данные, которые нельзя было отличить друг от друга и которые не отделены на рисунке 2.3. У первой части кривой при 107 циклов, кажется, есть предел усталости выше 600 MPa, ниже которого бесконечная жизнь, как могли ожидать, произойдет. Только с добавлением более длинных жизненных данных отмечено понижение кривой S–N, и наблюдается предел усталости приблизительно 340 MPa, соответствуя 1010 циклам. Резкое падение в силе усталости между 107 и 1010 циклами приписано изменению в механизме отказа, посредством чего усталость изменяется от поверхности до подповерхностного инициирования, как обнаруживается из графика. Авторы также указывают на возможность, что среднее напряжение (эти эксперименты проводились в R = 0) играет важную роль в уменьшении в силе усталости при очень длительных периодах усталости.
Данные от того же самого исследования [6] на мартенситной нержавеющей стали приводили к результатам, у которых есть некоторые общие черты, но некоторые различия от результатов на титане. Результаты, показанные на рисунке 2.4, не показывают признака понижения силы усталости, поскольку достигнуты более длительные жизни. Имеется тенденция использовать процедуру проверки, вовлекающую сверхзвуковое возбуждение образца. С другой стороны, изменение от поверхности до подповерхностного инициирования при очень длинных жизнях также наблюдается в нержавеющей стали.
Понятие поведения материала на поверхности экземпляра по сравнению с поведением в подповерхности обсуждено в Главе 5 в соединении с износом проковки. Однако, поведение на поверхности, являющееся отличным от поведения в подповерхности, было общим
Рисунок 2.3. Данные об усталости для Ti-6Al-4V из тестов до 20 кГц.
Рисунок 2.4. Данные об усталости для закаленной мартенситной стали из тестов до 20 кГц
наблюдение во многих работах, имеющих дело с гигацикловой усталостью, где дуальность кривых S–N наблюдалась в некоторых случаях, как отмечено в рисунке 2.4. Шиозава и др. [7] указывают, что режим перелома отличается в сталях в гигацикловом режиме и может быть характеризован, вообще, как являющийся поверхностным инициированием или подповерхностным инициированием. В последнем случае, в то время как они определенно не отличают внутренний материал, являющийся отличным от материала на поверхности, как было сделано [8], они отличают механизмы образования трещин, как являющиеся различными. Внутреннее инициирование, характеризуемое присутствием дефектов, которые приводят к тому, что называют образцом "рыбьего глаза", как считают, составляет различный механизм перелома. У двух различных режимов, как считают, есть различные кривые S-N, каждая имеющая свою собственную характерную кривую, основанную на уровне напряжения и количестве цикла, зависящем от вероятности доминирующего присутствующего режима. Рисунок 2.5, согласно [7], иллюстрирует понятие каждого режима, имеющего различную вероятность возникновения при различных существующих усталостях.
Рисунок 2.5. Схематичное изображение вероятностей для поверхностных и внутренних режимов отказа [7].
Из этих понятий авторы [7] предлагают, что четыре различных типа поведения S–N в сталях могли иметь место, как иллюстрировано концептуально в рисунке 2.6. Каждая кривая S–N соответствует относительной позиции распределений вероятности внутренних и поверхностных режимов инициирования, иллюстрированных в рисунке 2.5. Тип A - общая кривая S–N, которой управляет поверхностный режим перелома с внутренним режимом перелома, происходящим (теоретически) при очень длинных или бесконечных жизнях, как иллюстрировано в рисунке 2.4 для мартенситной стали. Данные по другому материалу, подделанной пластине титана (рисунок 2.7), также иллюстрирует такое же поведение, как показано Моррисси и Николасом для Ti-6Al-4V [9].На этом графике при 20 кГц
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.