1.3.5 Испытания при повторно-переменных нагрузках

Цель испытаний – определить предел выносливости или предел усталости, то есть напряжения, которые материал выдерживает, не разрушаясь, некоторое количество циклов (обычно N=10⁷ циклов).

Испытания проводятся при разных видах НДС на специальных машинах.

Способность материала противостоять переменной нагрузке, то есть работать без усталостного разрушения, еще называют вибрационной прочностью.

При многократном повторении ударного воздействия на материал изделия в нем может возникнуть так называемая ударная усталость. Существует понятие циклическая вязкость материала, представляющее собой удельную работу деформации, поглощаемую при одном цикле нагружения. Эта работа оценивается площадью, ограниченной петлей упругого гистерезиса.

Материалы, работающие в условиях одновременного наличия высоких температур и переменных силовых воздействиях, должны обладать свойствами выносливости и термической стойкости.

Первое свойство – это способность выдерживать, не разрушаясь, переменные нагрузки при высокой температуре.

Второе свойство – это способность выдерживать без разрушения переменную температуру и термические напряжения.

1.3.6 Неразрушающие методы

1.3.6.1 Твердость

Под твердостью подразумеваются разнообразные характеристики сопротивляемости металла местной, сосредоточенной в небольшом объеме, деформации на его поверхности. Числа, количественно определяющие эффект воздействия на поверхность материала, называют числами твердости.

В методах Бринелля, Виккерса числом твердости является частное от деления нагрузки, вдавливающей в образец индентор (стальной шарик, алмазная пирамида), на площадь возникающего на образце отпечатка. В методе Роквелла – глубина проникновения индентора в образец. В методе Шора – высота отскока бойка с алмазным наконечником от поверхности образца, в другом его методе – это нагрузка, необходимая для вдавливания алмазного шарика в образец на глубину 45 мкм. В методе Герберта числом твердости служит продолжительность качания или величина углового отклонения маятника, опора которого устанавливается на поверхность образца.

С числом твердости находятся в определенном соответствии некоторые важные механические характеристики. Это соответствие устанавливается экспериментально.

1.3.6.2 В последнее время получили развитие неразрушающие методы испытаний материалов, в основе которых лежат разнообразные физические явления, эффекты и процессы. Одновременно эти методы являются и методами дефектоскопии (раздел 6). К числу таких методов относятся: рентгеновский, ультразвуковой, метод акустической эмиссии, радиографический, магнитный и другие.

Например, модуль упругости можно определить путем использования ультразвуковых колебаний:

,

где С – скорость распространения продольных волн;

 – плотность.

1.4 Индивидуальные особенности механических свойств материалов

Рассмотрим следующие материалы: железоуглеродистые сплавы (стали, чугуны), алюминиевые, магниевые, сверхлегкие, медные, никелевые сплавы, титан и его сплавы, бериллий, тугоплавкие металлы, жаропрочные сплавы, полимеры, бетон, древесину, керметы.

Некоторые механические и упругие характеристики чистых металлов даны в таблице 1.4.1.

Таблица 1.4.1 – Механические и упругие характеристики чистых металлов

Металлы	Е×106, кг/см2		Т, кг/см2	р, кг/см2	, %	, %	Нв, кг/мм2
Fe	1,93 – 2,11	0,33	420–560	1770–2110	40	90	50
Al	0,71	0,34		600	40	95	20
Mg				2000	10	15	25
Cu	1,1	0,348		2200	50	70	35
Ni	2,2	0,31		5000	45	70	65–70
Ti	1,125		1540	2500	50	78	132
Zr	0,963		550	1750	50