книги / Циклическая прочность металлов

в районе наибольшей концентрации напряжений, где гал­ тель переходит в цилиндрическую часть; вследствие этого всякая неточность в изготовлении галтели образца может вызвать зна­ чительную разницу в результатах испытаний. Кроме того, уста­ лостное разрушение образца, заранее предусмотренное на закре­

пленном конце его в наиболее напряженном сечении, не отра­ жает в полной мере свойств испытываемого материала по всей длине образца, а это при изучении усталостного процесса получает весьма большое значе­

логичного устройства, дающие изгиб образца при вращении до 10 тыс. и более оборотов в минуту.

В некоторых случаях целе­ сообразно проводить испытания металлов на циклический изгиб в одной плоскости, например, при изучении прочности тур­ бинных лопаток, плоских пру­ жин и т. п. Образцы для таких

машин чаще изготовляются небольшого размера и бывают обычно плоские, в виде пластинки равного сопротивления. Боль­ шинство из известных машин для испытаний изгибом в одной плоскости основаны на принципе постоянства деформации. Это обстоятельство, а также# применение образцов в виде равно­ прочных пластинок более полно вскрывают картину роста и раз­ вития усталостных трещин.

Ниже описана электромагнитная машина фирмы МАН, даю­ щая усталостный изгиб образца в одной плоскости (фиг. 35).

Она состоит из массивного основания £, в которое при помощи специального зажима 10 с винтовым приводом закрепляется ниж­ ний конец консольного образца 3. На верхнем свободном конце его помещается якорь 6, на котором крепится пружинный кон­ такт механического прерывателя 5 и шкала 11 для оптического^ измерения амплитуды.

Электромагниты 2 находятся на поперечине 1, которая при по­ мощи шпинделя 7 и маховика 4 может перемещаться в вертикаль­ ном направлении.

В горизонтальном направлении эти электромагниты передви­ гаются рукоятками 8. Электромагниты питаются постоянным током, причем размыкание и замыкание тока происходит автома­ тически и синхронно с частотой колебания образца.

Частота колебаний измеряется вибрационным частотомером. Наибольшее напряжение в сечении образца у заделки неподвиж­ ного конца определяется по амплитуде колебаний свободного конца образца, изменение величины амплитуды достигается изме­ нением намагничивающего тока или положения самих магнитов по вертикали.

Среди испытательных машин, дающих циклический изгиб металлических образцов, весьма интересной по замыслу и новизне своей конструкции является планетарная усталостная машина, спроектированная в ЦНИИТМАШе [100].

На этой машине (фиг. 36) можно сразу испытывать на сим­ метричный изгиб при вращении с разными напряжениями шесть образцов, форма которых показана на фиг. 37.

Машина состоит из массивного корпуса, на нижней открытой части которого поставлен электродвигатель, а в верхней закры­ той части закреплено стальное кольцо 3 (фиг. 36, б) со шлифо­ ванной внутренней поверхностью; внутри кольца по оси располо­ жен вал на двух шариковых опорах. На вал жестко насажен ше­ стиконечный текстолитовый сепаратор 1 с шестью пазами но окружности.

В гнездах его помещаются шесть пустотелых роликов 2, ко­ торые при вращении сепаратора прижимаются к внутренней поверхности кольца, катятся по этой поверхности и одновременно

щий собой цилиндр с круговой галтелью посредине и с четырьмя опорными втулками 5 и / (фиг. 36, в). Крайние две втулки 5 посажены на образец неподвижно; положение двух средних вту­ лок 7 можно менять, и от этого зависит величина момента, изги­ бающего образец, так как именно через эти втулки передается на образец изгибающая нагрузка от полого груза 6.

При круговом катании роликов по кольцу возникают центро­ бежные силы от грузов 6, дающие чистый изгиб образцов на участ­ ках между средними опорными втулками 7, вращение же образ­ цов вокруг собственных осей создает цикличность напряжений.

деформации его пропорциональны величине момента, скручиваю­ щего образец.

Оптическое измерительное устройство состоит из нескольких призм и зеркал внутри машины и наружного экрана 8 с матовым стеклом. Циклические крутильные колебания образца и стержнядинамометра передаются освещаемой призме 1, колебания кото­ рой пропорциональны закручивающему моменту. Луч света, падающий от этой призмы на зеркало 5, отражается на стекло экрана 8, где появляется наклоненная под определенным углом линия.

На горизонтальной оси сетки экрана изображается угол за­ кручивания, на вертикальной — крутящий момент или напря­ жение. Поглощение энергии выражается петлей гистерезиса, площадь которой дает количество энергии, поглощаемой образ­ цом. Появление на экране гистерезисной петли совпадает с на­ чалом усталостного процесса в образце. При разрушении образца происходит автоматическое выключение машины при помощи пружины 5, оттягивающей зажим 6.

Для исследования циклической прочности металлов приме­ няются также машины, создающие растяжение-сжатие образцов. Основным достоинством таких машин является легкая возмож­ ность осуществления в них, кроме симметричных, также и несим­ метричных циклов нагружения; однако у них есть и большой конструктивный недостаток, заключающийся в их сравнительной громоздкости и сложности, а также в необходимости применять для разрушения образцов усилия, значительно большие, чем при циклическом изгибе или при циклическом кручении.

Поэтому почти все такие машины являются обычно резонанс­ ными, так как при колебаниях в резонансе усилие, деформирую­ щее испытываемый образец, бывает значительно большим по ве­ личине внешней возбуждающей силы. По этой же причине для циклических испытаний на растяжение-сжатие почти всегда при­ меняют образцы небольших размеров по сравнению с образцами, испытываемыми на изгиб и на кручение.

Наиболее распространенными являются пульсаторные машины гидравлического действия. Эти машины бывают разной мощности, с нагрузками от 2,5 до 50 т и более. Появление значительных сил инерции в машинах большой мощности ограничивает частоту перемен нагрузок; наоборот, в машинах малой мощности она может быть большой.

Ниже описана одна из наиболее распростренных в наших лабораториях машина Лозенгаузена (фиг. 40 и 41) с пульсато­ ром двустороннего действия, с силой ± 5 т и частотой колеба­ ний до 50 герц.

Образец 2 (фиг. 41) диаметром 7—10 мм в этой машине уста­ навливается жестко в захватах подвижной траверсы 4, с которой соединены и движутся вместе тарелка 7 и винт 5. Вращением