5.4.2. Влияние абсолютных размеров детали
(масштабный фактор)
Экспериментально установлено, что с увеличением абсолютных размеров деталей их усталостная прочность снижается (масштабный эффект). Так, например, предел выносливости стали для вагонных осей, определённый в лаборатории на образцах диаметром d0 = 7,5 мм, равен σ-1 = 23 кН/см2. В действительности, предел выносливости вагонной оси (детали) с диаметром d = 170 мм составляет σ-1d = 12 кН/см2, что почти вдвое меньше лабораторных результатов.
До настоящего времени этому фактору нет полного объяснения. Наиболее достоверно масштабный эффект объясняется статистической теорией усталости, в соответствии с которой при увеличении абсолютных размеров возрастает вероятность попадания дефектных зёрен материала в зону повышенных напряжений. Существуют и другие причины, способствующие проявлению масштабного эффекта: меньшая однородность материала в деталях больших размеров, трудность обеспечения стабильности технологического процесса.
Масштабный эффект оценивают с помощью коэффициента
. (5.16)
где σ-1d – предел выносливости детали диаметром d;
σ-1 – предел выносливости материала, определяемый на стандартных образцах, обычно диаметром d0 = 7 10 мм.
В табл.5.1 приведены значения масштабного коэффициента Kdσ для некоторых сталей. При этом можно считать Kdσ = Kdτ.
Таблица 5.1
Материал |
d, мм |
|||||||
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
70 |
100 |
120 |
|
Углеродистая сталь с пределом прочности σПЧ = 40 50 кН/см2 |
0,98 |
0,92 |
0,88 |
0,85 |
0,82 |
0,76 |
0,70 |
0,63 |
Углеродистая и легированная сталь σПЧ = 50 80 кН/см2 |
0,97 |
0,89 |
0,85 |
0,81 |
0,78 |
0,73 |
0,68 |
0,61 |
Легированная сталь σПЧ = 80 120 кН/см2 |
0,95 |
0,86 |
0,81 |
0,77 |
0,74 |
0,69 |
0,65 |
0,59 |
Легированная сталь σПЧ = 120 140 кН/см2 |
0,94 |
0,83 |
0,77 |
0,73 |
0,70 |
0,66 |
0,62 |
0,57 |