4. Фактор поверхностного упрочнения

Усталостная прочность деталей во многом зависит от состояния и механических свойств поверхностных слоев металла. Для повышения прочности поверхностного слоя используются следующие технологические приемы:

- механическое упрочнение (обдув дробью; обкатка роликами);

- термическая обработка (закалка с нагревом ТВЧ; пламенная закалка);

- химико-термическая обработка [цементация; азотирование; цианирование (нитроцементация)];

C феноменологических позиций повышение предела выносливости деталей за счет поверхностного упрочнения объясняется возникновением значительных остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое. Повышение предела прочности деталей в этом случае происходит на 30-40%, а при наличии концентраторов напряжений – на 100%.

Влияние упрочняющей технологии на предел выносливости учитывается коэффициентом влияния поверхностного упрочнения:

; где σ_-1упр – предел выносливости упрочненных образцов; σ_-1 – предел выносливости неупрочненных образцов;

В общем случае величина К _F > 1;

5 . Фактор анизотропии

В теории сопротивления материалов принимается гипотеза об изотропности материала (т.е. однородности свойств материала в любом направлении). В действительности, например, в стальном прокате свойства материала несколько различаются в продольном и поперечном направлениям волокнам прокатки. Фактор неоднородности свойств материала в различных направлениях учитывается коэффициентом анизотропии:

; где - предел выносливости образца, вырезанного из массива проката, ориентированного в направлении проката; - предел выносливости образца, вырезанного из массива материала, в произвольном направлении;

В общем случае величина К _А < 1;

При кручении фактор анизотропии не учитывается.

Определение предельных напряжений (образца и детали) при произвольном коэффициенте асимметрии σ_R

ОС = ВМ = АО – АС;

σ_оп = σ_R = σ_аоп + σ_mоп ; Для выражения σ_аоп можно использовать уравнение прямой с угловым коэффициентом (типа у = кх + b, где к = tgα): σ_аоп = σ_-1 – σ_mtg γ_σ; (*)

Учитывая (из ранее сказанного) и , а также, что предельные напряжения σ_R – являются максимальными напряжениями цикла, имеем и ; Тогда, подставляя в (*): , и с учетом получаем искомое выражение: - предельные напряжения для материала в форме образца.

Предельные напряжения для детали можно определить как

;

где и - коэффициент чувствительности материала в форме детали к асимметрии цикла; К – комплексный коэффициент разупрочнения детали (по сравнению с образцом).

Если действительное число циклов меньше базового (N_i < N₀), то в качестве предельного напряжения материала детали рассматривается предел ограниченной выносливости материала (в форме детали) при произвольном коэффициенте асимметрии R:

; К₀ - коэффициент долговечности;

или

Расчетный коэффициент запаса определяется:

;

или с учетом и : ;