<<
>>

Многоцикловая усталость

Для многоцикловой (часто называемой чистой) усталости кроме инкубационного периода, которого нет в малоцикловой области, выделяют период зарождения трещины и период ее распространения (роста).

Субмикроскопические трещины усталости зарождаются на ранней стадии развития полос скольжения. Влияние этих трещин на характеристики прочности материала ничтожно. Суммарный период развития усталостных трещин составляет 90-97% от общей долговечности. Последнее является прямым следствием низкой скорости роста трещин на начальной стадии. Для случаев, допускающих эксплуатацию деталей с имеющимися дефектами, наиболее значима вторая стадия распространения трещины.

Стандартным и наиболее распространенным методом определения сопротивлению разрушению при циклических нагрузках является экспериментальное определение номинального размаха (или

Рис. 5.26. Устойчивые полосы скольжения в техническом Fe (а) и стали 08Г2ФБ (б). Повторное растяжение: а - ПЭМ (угольные реплики), х 1600; б - световой микроскоп, х 100

Рис. 5.27. Дислокационная структура Fe после циклического нагружения при оа = 200 МПа, N = 2х106 циклов (а) и ая = 240 МПа, N = 7х105 циклов (б).

х18000

амплитуды) напряжения, которое не вызывает разрушения гладкого или надрезанного образца за бесконечно большое число циклов нагружения. Для гладких образцов этот размах напряжения называется «пределом выносливости» аЦ). Его определяют на базе заданного числа циклов (обычно от 107 до 10п). Этот метод испытаний приведен в ГОСТ 23026-78 [161].

В пластичных сталях и других металлах и сплавах зарождение и рост усталостных трещин происходят в пределах устойчивых полос скольжения [29].

Развитие на поверхности образцов устойчивых по лос скольжения (в многоцикловой области усталости) связано с фор мированием в пластичной матрице (феррите в стали) дислокационной

Рис. 5.29. Электронная фрактограмма стали 08Г2ФБ и области перехода к стадии стабильного распространения усталостной трещины. Стрелкой указано направление роста трещины. СЭМ. х 4200

полосовой структуры. На рис. 5.26 представлены устойчивые полосы скольжения, возникшие на поверхности электролитически полированного образца чистого железа (0,02% С) и стали 08Г2ФБ после испытания в условиях повторного растяжения (omin= 0-s-10 МПа). Типичная дислокационная структура железа с устойчивыми полосами скольжения приведена на рис. 5.27. Угол разориентации смежных полос скольжения на рис. 5.27, б в два раза больше, чем на рис. 5.27, а. Дислокационные структуры многоцикловой и малоцикловой усталости практически одинаковы (ср. рис. 5.27и5.18), нов многоцикловой области усталости значительно меньше зерен, содержащих полосы скольжения.

Период распространения усталостной трещины включает четыре стадии. На рис. 5.28 схематически представлены стадии распространения усталостных трещин. Выделяют стадии кристаллографического роста I, стабильного роста И, нестабильного роста III и статического долома (окончательного разрушения) IV (не показана).

На I стадии, начинающейся сразу же после зарождения трещины, ее длина и скорость роста малы. Развитие трещины происходит вдоль плоскостей скольжения, лежащих в зоне действия максимальных напряжений сдвига.

На II стадии трещина растет под прямым углом к внешним растягивающим напряжениям. Скорость роста трещины длительное время пропорциональна ее длине. Переход от I ко II стадии, как правило, характеризуется развитым рельефом, обусловленным влиянием границ

Рис.

5.30. Строение поверхности разрушения в стали СтЗсп в пределах стадии Нв. СЭМ. х 800

зерен на поверхность разрушения (рис. 5.29). На этой развитой поверхности отчетливо видны усталостные бороздки, отмечающие последовательно границы остановки фронта трещины. Усталостные бороздки представляют полоски последовательно расположенных углублений и выступов, параллельных фронту трещины. Эта область распространения трещины на рис. 5.28 обозначена Па.

В пределах стадии II роста трещины поверхность разрушения строго ориентирована перпендикулярно относительно главного направления растягивающей нагрузки. Трещина движется внутризе- ренно с формированием усталостных бороздок (см. рис. 2.44). Эти бороздки, как правило, ориентированы перпендикулярно направлению распространения трещины. Столь специфичный рельеф усталостных изломов является надежным диагностическим признаком развития усталостного разрушения. Рельеф поверхности разрушения в конце стадии II становится более развитым. На дне усталостных бороздок иногда видны глубокие микротрещины (рис. 5.30). На основании морфологических особенностей рельефа выделяют область Пв (см. рис. 5.28).

Стадия III нестабильного роста трещины протекает при ускоренном росте трещины и завершается доломом. В зависимости от положения температуры вязко-хрупкого перехода материала по отношению к температуре испытания долом протекает по вязкому или хрупкому механизму разрушения. Долом принимает кристаллическое строение, если температура испытания ниже температуры вязко-хрупкого перехода. 

<< | >>
Источник: Горицкий В.М. Диагностика металлов. 2004

Еще по теме Многоцикловая усталость:

  1. Повреждение и разрушение при циклическом нагружении
  2. Малоцикловая усталость
  3. Многоцикловая усталость
  4. Кинетическая диаграмма усталостного разрушения
  5. Коррозионно-усталостное разрушение (растрескивание)