6.3. Испытания на многоцикловую усталость

Характеристики многоцикловой усталости в заданном диапазоне амплитуд напряжений (деформаций) и при заданной асимметрии получаются по результатам испытаний серии образцов, число которых должно быть не менее 12.

Форма и размеры образцов для испытаний выбираются с учетом формы и размеров сечений заготовок для элементов оборудования и целей испытаний. Для стержневых и листовых элементов оборудования с толщиной стенки свыше 20 мм используются преимущественно цилиндрические образцы, для тонкостенных элементов оборудования с толщиной стенки до 10 мм — плоские образцы.

Основным режимом многоциклового нагружения образцов является осевое растяжение — сжатие.

Испытания на многоцикловую усталость проводятся на воздухе:

– при осевом растяжении-сжатии (основной вид нагружения);

– при симметричном цикле нагружения;

– при числе циклов нагружения для сталей свыше 510⁴ до 10⁷;

– при частоте нагружения до 200 Гц, исключающей саморазогрев образцов более чем на 30 С от заданной температуры.

Для оценки чувствительности материала к асимметрии цикла кроме испытаний при коэффициенте асимметрии r_ (r_e) = –1 проводятся испытания при значениях r_ (r_e) = 0, где

или ;

_min (e_min) — минимальное напряжение (деформация) цикла нагружения; _mаx (e_max) — максимальное напряжение (деформация) цикла нагружения.

Допускается проведение испытаний при изгибе с вращением образцов круглого сечения типов I и II по ГОСТ 25.502–79, при плоском изгибе образцов типов III и IV по ГОСТ 25.502–79 и при кручении образцов круглого сечения для соответствующего вида нагружения элемента конструкции.

Порядок проведения испытаний:

1) осуществляются осмотр и измерение размеров сечения рабочей части образца с погрешностью не более 0,5 % от номинального размера;

2) первый образец испытывается при амплитуде напряжения (0,6…0,65) (при нагружении с постоянной амплитудой полной деформации эту амплитуду следует принимать равной 0,4 %);

3) последующие образцы (примерно 2/3 оставшегося количества) в зависимости от результата испытаний первого образца испытываются при амплитудах напряжений (деформаций), обеспечивающих приблизительно равномерное распределение получаемых долговечностей N до образования трещины длиной от 0,5 до 2 мм в заданном диапазоне числа циклов;

4) предварительно обрабатываются результаты испытаний и строится кривая усталости;

5) для определения предела выносливости на базе испытаний 10⁷ циклов испытывается не менее трех образцов при амплитуде напряжений, принимаемой по предварительной кривой усталости. Если два образца из трех испытанных или не менее половины испытанных образцов не разрушается до достижения заданного числа циклов, то данная амплитуда принимается равной пределу выносливости;

6) осуществляется проверка полученного значения предела выносливости испытанием одного образца при амплитуде, равной 0,95 предела выносливости, при этом образец не должен разрушиться при заданном числе циклов;

7) окончательно обрабатываются результаты испытаний и определяются характеристики многоцикловой усталости, при этом ближайшая к пределу выносливости экспериментальная точка должна быть получена при амплитуде не более 1,05 предела выносливости.

Результаты испытаний каждого образца представляются графически в двойных логарифмических координатах lg _a – lg N.

Построение кривых усталости по экспериментальным точкам проводится способом наименьших квадратов.

По кривой усталости определяются расчетные характеристики — предел выносливости на заданной базе и показатель степени m_e кривой усталости: , где N₀ — заданное число циклов (база испытаний).

По результатам испытаний при асимметричном цикле определяется коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений (деформаций) по формуле