Размерный фактор

Циклическая прочность геометрически подобных деталей сни­жается с увеличением их абсолютных размеров. Влияние размеров харак­теризуют размерным коэффициентом ε (иначе коэффициент масштабного фактора), представляющим собой отношение предела выносливости, образца данных размеров к пределу выносливости лабораторного образца малых размеров (d = 5 - 10 мм) из того же материала. Из предыдущих разделов, очевидно, что чем меньше размеры образца, тем выше его удельная прочность. На вопрос, что будет прочнее на разрыв: пруток диаметром 10 мм. из стали 45, или канат диаметром 10 мм., свитый из 100 проволок той же марки стали, все отвечают одинаково – конечно канат. Дело в том, что каждая проволока получена из того же прутка диаметром 10мм., который подвергался горячей прокатке до диаметра 5-6 мм., а затем многократному волочению с промежуточными отжигами. В процессе каждой технологической операции обработки давлением структура металла уплотнялась с частичной ликвидацией дефектов межкристаллической структуры и с одновременным повышением его механических характеристик.

Но даже при одинаковом способе получения заготовки практическими исследованиями установлено, что циклическая прочность резко снижается в интервале размеров до 100-120мм, после чего снижение замедляется. Средние значения и для конструкционных и легированных сталей приведены в табл. 6.4.

Таблица

6.4

Значения масштабного фактора

Влияние асимметрии цикла напряжений

Для малоуглеродистых пластичных сталей в задаче циклической прочности влияние асимметрии цикла напряжений не значительно. Доминирующим фактором для этих сталей является максимальное значение переменных напряжений. Для высокоуглеродистых сталей и чугунов влияние асимметрии цикла более значительно. Величину коэффициента асимметрии цикла рекомендуется рассчитывать по выражениям: ; и . (6.2.)

Для углеродистых сталей, имеющих = 650-750МПа, принимают = 0,2, ; для легированных сталей = 0,25-0,35, .

Состояние поверхности

Циклическая прочность зависит от состояния поверхности, особенно в тех случаях нагружения, когда наибольшие напряжения возни­кают в поверхностных слоях (изгиб, кручение, сложные напряженные состояния).

Г рубая механическая обработка, вызывающая пластические сдвиги, надрывы и микротрещины в поверхностном слое, резко снижает предел выносливости, а тонкая (полирование, суперфиниширование) — повышает. Это явление особенно резко выражено у деталей небольших размеров и слабее у крупных деталей. Последнее объясняется присущими крупным деталям неоднородностями структуры, действие которых пересиливает действие концентраторов, вызванных механической обработкой.

Рис. 6.4. Влияние чистоты обработки на циклическую прочность

Предел выносливости снижается при наличии случайных царапин и повреждений поверхностного слоя, а также износа поверхности. Резкое падение циклической прочности наблюдается при коррозии.

На рис. 6.4 показана циклическая прочность стальных образцов при различной механической обработке в функции предела прочности . За единицу принята циклическая прочность полированного образца из стали с

= 400 МПа. Влияние поверхностных повреждений возрастает с увеличением прочности материала, что свидетельствует о повышенной чувствительности этих материалов к концентрации напряжений.