2.4. Характеристики механических свойств, определяемые при циклических нагрузках

Многие детали машин (валы, шестерни и др.) работают в условиях знакопеременных (циклических) нагрузок. Разрушение детали под действием циклических нагрузок называют усталостью, а свойство противостоять усталости – выносливостью, которая характеризуется пределом выносливости σ-1.

Усталостные испытания проводят на машинах, создающих в образцах циклические изменения напряжения. Проводят серию испытаний при последовательно уменьшающихся нагрузках, начиная с σ1=0,6σВ, при этом определяют число циклов N до разрушения. По результатам испытаний строят кривую усталости σ=f(N) (рис.11) и определяют предел выносливости, σ-1 – максимальное напряжение, которое выдерживает образец без разрушения бесконечное или базовое число циклов. Для стали за базу принимают 107 циклов. Предел выносливости зависит от состояния поверхности и размера зерна: при полированной поверхности значение σ-1 максимально, при шлифованной – меньше на 10…15%. Чем мельче зерно, тем выше σ-1. Для повышения σ-1 применяют методы поверхностного упрочнения.

Рис. 11. Построение кривой усталости

3.Пластическая деформация и рекристаллизация

3.1. Изменение структуры и свойств металлов при пластической деформации

Механизмы пластической деформации:

скольжение;

двойникование;

межзеренное перемещение (зернограничное скольжение).

Скольжение состоит в сдвиге одной части кристалла относительно другой путем последовательного перемещения дислокаций. В металлах с плотноупакованной решеткой (К12, Г12) кроме скольжения, возможно двойникование – зеркально симметричное смещение одной части кристалла относительно другой.

При пластической деформации поликристаллического металла, кроме того, происходит зернограничное скольжение, которое активизирует диффузию дислокаций, вакансий и межузельных атомов. Зерна удлиняются и дробятся, образуется волокнистая структура (рис.12).

При большой пластической деформации под влиянием внешних сил формируется текстура деформации – структура с преимущественной кристаллографической ориентировкой зёрен.

а)

б)

Рис. 12. Изменение формы зерна в металле под действием пластической деформации: до деформации (а) и после деформации (б)

В таком состоянии металл анизотропен, т.е. имеет различные свойства в разных направлениях.

Величину деформации характеризуют степенью пластической деформации e:, где Н0 и Н – размер образца до и после деформации соответственно.

С увеличением степени пластической деформации прочность и твердость повышаются, а пластичность уменьшается (рис. 13). Упрочнение металла при пластической деформации называется наклепом. Упрочнение вызвано:

увеличением плотности дислокаций rдо 1011…1012 см-2;

искажением кристаллической решетки;

дроблением зерен.

Рис. 13. Влияние степени пластической деформации на механические свойства металла

3.2 Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла

Структура наклепанного металла – неравновесная. Для снятия наклепа его нужно нагреть, при этом протекают процессы возврата и рекристаллизации.