Конструкция и методы изготовления образцов для испытания на усталость

Конструкция и технология изготовления образцов не должны вносить существенное изменение в сопротивление усталости материала, если в задачу исследования не входит изучение влияния определенного конструктивного или

технологического факторов.

Металл для изготовления образцов должен быть структурно однородным и представительным в отношении свойств и состояния материала данной марки.

При резке полуфабрикатов и профильного сортамента, имеющих выра­женную текстуру, обнаруживаемую на шлифах при травлении на макрострук­туру, а также вытянутые в одном направлении дефекты: цепочки неметалли­ческих включений (волосовины) и др., следует иметь в виду, что снижение предела выносливости конструкционных сталей вследствие вырезки образцов поперек волокна составляет от 5 до 25%. Волосовины, расположенные в про­дольном по отношению к оси образца направлении, не снижают сопротивле­ния усталости. Если волосовины располагаются в поперечном направлении, суммарное снижение предела выносливости может доходить до 50 %.

Механическая обработка образцов требует повышенного внимания, так как состояние поверхности, а именно: форма и глубина неровностей, наклеп, остаточные напряжения оказывают сильное влияние на сопротивление уста­лости в особенности, при испытаниях образцов с концентрацией напряжении. Наряду с требованием высокого качества поверхности образцов, технология их изготовления при массовом производстве должна удовлетворять условию максимальной экономичности.

Перспективной для изготовления образцов без остаточных напряжений и шероховатости является электрохимическая обработка в сочетании с отжи­гом и электрополированием. Для образцов с V-образным надрезом в качестве окончательной операции применяется резьбошлифование.

Обильное охлаждение является необходимым для исключения прижогов и шлифовочных трещин. При наличии этих дефектов обработки пределы вы­носливости снижаются в 2—3 раза. В результате продольного шлифования риски располагаются вдоль оси образца и не оказывают заметного влияния на его прочность.

Головки образцов, посредством которых образец соединяется с захватами машины для передачи на него нагрузки, также требуют тщательной обработки шлифованием, за исключением резьбовых головок, которые обрабатываются резцом Преждевременные разрушения по головкам образцов, наблюдаемые в местах контакта с цанговыми зажимами (машины изгиба с вращением) или по радиусу галтели у головок в машинах для испытания на растяжение — сжа­тие, надежно устраняются наклепом опасных мест обкаткой или ударами шариков.

Основные виды образцов для испытания на усталость при изгибе с вращением представлены на рис. 3,а,б; при растяжении – сжатии на рис. 4,а,б. Конструкция плоских образцов для нагружения плоским изгибом показана на рис 5, а для испытания на кручение — на рис. 6.

Проверке подлежат параллельность осей рабочей части и головки, и пер­пендикулярность торца головки к оси образца для испытания на растяжение – сжатие.

Для исследования прочности при переменных напряжениях материала крупных поковок и штамповок целесообразно проводить испытания больших образцов на мощных установках, поскольку увеличение диаметра образца от до мм снижает предел выносливости конструкционных сталей на 30 – 45%. Образцы для испытания на усталость в рабочей части мо­гут иметь утонение. Такая форма обеспечивает большую стабильность резуль­татов Ограничение напрягаемого объема в каждом образце может быть до - некоторой степени компенсировано увеличением количества испытываемых образцов с 6—8 до 15—20. В последнем случае появляется возможность статистической обработки результатов испытаний с определением среднего зна­чения предела выносливости и дисперсии.

Сравнительные испытания пустотелых и сплошных образцов на изгиб и кручение при нормальной температуре не показали большого расхождения результатов. Однако в большинстве случаев сложность изготовления образцов

с внутренними отверстиями заставляет отказываться от применения таких конструкций в массовых испытаниях.

Основные требования к условиям проведения испытаний на усталость из­ложены в ГОСТе 2860—65.