Наивысшая усталость цикла механики перспективных материалов, страница 18

Рисунок 2.7. Данные об усталости S–N, полученные в 20 кГц на изготовленной пластине Ti-6Al-4V[9].

были получены данные с охлаждением и без охлаждения образца. Температурное повышение под 100 C и данные показывают, что температурные эффекты не имели никакого влияния на поведение усталости. Данные, полученные при 20 кГц, также по сравнению с данными при 60 гц, полученными на обычной испытательной машине,  снова не показывают различия. На этом графике, данные представлены для  обеих частот согласно количеству циклов 10⁷ ,10⁸ , и 10⁹  и являются выходными. Далее, результаты поэтапных тестов обеспечивают FLS 510 MPa и в 10⁸, и в 10⁹ циклов, но эти пункты не показаны на графике.

В этом случае, множество точек данных в 10⁸ и 10⁹ циклах, не показанных, были получены, используя статистические методы, чтобы установить среднее значение из длительной силы усталости согласно указанному количеству цикла (см. Главу 3 для обсуждения этих методов). Тип B - известная ступенчатая кривая S–N, для которой отделены распределения вероятности для поверхностных и подповерхностных режимов. Тип C называют дуплексной кривой S–N и происходит, когда распределения вероятности рисунка 2.5 близко друг к другу. Тип D - кривая S–N, которой управляет только внутренний режим перелома, потому что распределение вероятности для внутреннего режима в более коротким этапом, чем это для поверхностного режима. На этих графиках пунктирные линии представляют гипотетические кривые, которые никогда не получаются экспериментально, потому что отказ находится во власти другого режима с более низким циклом для данного уровеня напряжения. Приписана ли дуальность кривых S–N различным механизмам или внутреннее отличается от поверхностного поведения, наблюдения и предложенные объяснения, доступные в литературе, указывают на заключение, что есть две различных кривые S–N. Далее, имеющиеся данные, кажется, указывают, что нет никаких общих отношений между двумя кривыми. Одно из основных различий между внутренним и поверхностным инициированием, особенно в длительном режиме МЦУ, где инициирование составляет главную часть жизни, является, часто упускаемая, ролью окружающей среды. В то время, как поверхностное инициирование происходит в лабораторной или эксплуатационной испытательной окружающей среде, подповерхностное инициирование является характерным для вакуума или инертной окружающей среды, у которой может быть главная роль в распространении жизни усталости по сравнению с поведением в воздухе.

Гигацикловая усталость, часто проводимая с использованием сверхзвуковых испытательных машин, была также выполнена скорее экстенсивно при вращении сгибающегося аппарата, работающего в номинальных частотах меньших, чем 60 гц, таким образом, занимая намного более длительное время, чтобы достигнуть многоциклового режима. По сравнению с осевым тестированием резонанса, где однородные усилия достигнуты, при изгибании максимальное напряжение происходит на поверхности. Для подповерхностного инициирования напряжение ниже, чем на поверхности, но может быть исправлено для фактического напряжения в местоположении происхождения усталости. Это не всегда имеется в литературе. Тем не менее, сравнение коротко-  и долгоживущих поведения и механизмов может быть выполнено, используя этот метод. Кривые S-N из тестов на изгибание, демонстрируя двойственное поведение механизма на поверхности против подповерхностного инициирования, изображены на рисунках 2.8 и 2.9 для двух высокопрочных сталей [10]. SUJ2 – сталь с высоким отношением углерода и хрома, в то время как SNCM439 - сталь молибдена, хрома, никеля. Представленные данные - данные для экземпляров, которые были основой во время процесса механической обработки и содержали поверхностные остаточные усилия. Это является позицией тех авторов, тогда как фактические данные могут или могут неверно демонстрировать уровень 10⁶ –10⁷ режимов существования, после которых понижается кривая.

Рисунок 2.9. Поведение усталости стали SNCM439 при изгибе

Единственная непрерывная кривая без стабилизации могла легко быть оттянута, чтобы соответствовать данным. Однако, данные показывают двойное поведение, где поверхностное инициирование происходит при более коротких жизнях, тогда как подповерхностное инициирование от включения происходит для более длительных жизней в обоих материалах. Это, кажется, противоречит понятию, что среднее напряжение способствует наблюдаемому уменьшению в силе усталости, конечно не для всех материалов. Далее, поведение под усталостью изгиба подобно наблюдаемому при осевой нагрузке, хотя значения для силы усталости вообще отличаются. Основываясь на этих наблюдениях, представляя данные в форме S–N кривой в гигацикловом режиме, важно отметить условия, при которых тесты проводились включая

максимальное число неудавшихся циклов (четкость окончания). Кроме того, для неудавшихся экземпляров информация о механизмах, таких как поверхностное в сравнении с подповерхностым инициированием должна быть предоставлена.

Общая тема гигацикловой усталости была затронута в Коллоквиуме Евромич 382, проведенном в Париже в июне 1998, работы которого были опубликованы в специальном номере журнала [11]. Вторая конференция была проведена в Вене в июле 2001. Работы Международной Конференции по Усталости в очень моногоцикловом режиме были опубликованы в другом специальном выпуске [12]. Третья конференция была в Японии в сентябре 2004. Кратное изложение большого количества экспериментальных данных относительно гигацикловой усталости, так же как описания испытательного аппарата, используемого в таких исследованиях, может быть найдено в книге Батиаса и Париса[13]. До настоящего времени были предприняты многочисленные попытки понять большую долговечность материалов и очевидную нехватку предела усталости, используя сверхзвуковые испытательные машины [5]. Они показывают, что в более высокоустойчивых материалах, таких как пружинная сталь и мартенситная нержавеющая сталь, нет предела усталости до 10⁹ циклов, тогда как в углеродистой стали и чугуне предел усталости может существовать где-нибудь далеко за 10⁸ циклов. В то время как нехватка предела усталости замечена во многих из тестов, о которых сообщают в литературе, материалы, такие как литой 319 алюминий, показывают определенный предел усталости выше 10⁸ – 10⁹ циклов [14]. Данные Морриси и Николаса [9], показанные ранее в иллюстрации 2.7 для поддельного сплава титана, также приводят доказательство определенного предела усталости выше 10⁹ циклов.