Типы кривых усталости

В результате усталостных испытаний образцов получены кривые усталости:

Рис. Диаграмма Вейлера.

Ν – число циклов до разрушения.

В зависимости от природы сплава кривая имеет свой характер.

Связь между напряжениями и циклами определяется уравнением:

Область крутого падения – малоцикловая усталость. Область плавного падения – многоцикловая усталость.

Предел усталости _-1 показывает, что если при данном напряжении образец не разрушился при базовом числе циклов Ν, то он не разрушится никогда.

_-1 (_р – предел выносливости) – величина максимального напряжения цикла с симметрией R, соответствующей заданной долговечности Ν. _-1 определяется на базе Ν = 10⁺⁷ циклов.

Если напряжение определяют на крутом участке, то это ограниченный предел усталости на базе числа циклов Ν. Поэтому, малоцикловая усталость определяется при Ν = 10⁴ – 10⁵ циклов.

По кривым усталости судят о надежности материала.

Процесс усталостного разрушения состоит из четырех периодов. При усталости отожженного металла:

1. инкубационный период – накопление искажений в кристаллической решетке;

2. период разрыхления – нарушение сплошности; появление суб-, микротрещин;

3. период развития микротрещин до размеров макротрещин критического размера;

4. долом металла.

На поведение кривых усталости влияет множество факторов:

1. концентрация напряжений (ухудшает усталостные характеристики; σ_-1 уменьшается);

2. размер детали (σ_-1 уменьшается);

3. вид приложенного напряженного состояния (чем больше нормальных напряжений, тем хуже; например, состояние может быть однородным (растяжение) – это хуже и неоднородным (изгиб) – это лучше);

4. температура (она влияет на σ_-1 как и на σ_в; при увеличении температуры σ_в снижается (рекристаллизация));

5. частота циклов и их форма (сложное влияние из-за наложения нескольких эффектов: чувствительность напряжений и скорости, адиабативный фактор – влияние температуры; с увеличением частоты увеличивается вероятность накопления дефектов; окисление металла. Форма циклов сильно влияет на долговечность до появления трещин);

6. коэффициент асимметрии цикла (R) (с увеличением R увеличивается среднее напряжение цикла и σ_-1; с увеличением температуры влияние асимметрии цикла усиливается, если при усталости действует коррозия, то явление распространения ускоряется. Влияние асимметрии на скорость роста трещин при R = 0 – 8:

К_1с – коэффициент интенсивности напряжений;

n, c – коэффициенты.

Количественно эта формула выражается следующим образом (уравнение Периса – Эртогана):

7. состояние поверхности;

8. механизм деформации (двойникование, поперечное скольжение и др.).