Влияние состояния поверхностного слоя

Влияние структурного состояния материала

Факторы, влияющие на сопротивление усталости

Прогнозирование поведения металлических материалов при циклическом нагружении зависит от множества факторов[2]:

1) структурного состояния, термической обработки (размер зерна; размер, форма и количество выделений или различных фаз; плотность дислокаций и их распределение) и соответственно от его механических свойств;

2) состояния поверхностного слоя (химический состав, механические свойства и структура; остаточные напряжения, зависящие от вида механической или химико-термической обработки);

3) температуры и среды испытания;

4) масштабного фактора;

5) частоты нагружения;

6) концентрации напряжений;

7) асимметрии цикла нагружения;

8) вида напряженного состояния;

9) контактного трения.

Факторы влияют по-разному на циклическую прочность гладких образцов (без концентратора напряжений) и закономерности хода кинетических диаграмм усталостного разрушения, которые строятся с использованием образцов с заранее выращенной исходной усталостной трещиной[2].

Размер зерна является важнейшим структурным параметром для металлических материалов.

В легких сплавах большое влияние, кроме размера зерна, на сопротивление усталости также оказывает степень рекристаллизации. В высокопрочных металлических материалах часто определяющим структурным фактором является размер субзерна или одной из структурных составляющих[3].

Чаще всего с уменьшением размера зерна предел выносливости возрастает, хотя в ряде работ показано, что при измельчении структуры металла не всегда изменяется долговечность. При анализе влияния структурного фактора на циклическую прочность необходимо иметь в виду, что закономерности разрушения металлических материалов при циклическом и статическом нагружении имеют много общего. Для циклического нагружения зависимость предела усталости σ R от размера зерна можно выразить формулой, аналогичной зависимости предела текучести от размера зерна:

σ = σ iR + КRd -1/2, (1)

где σ iR и КR – постоянные[2].

Усталостное разрушение начинается с поверхности металлических материалов. Это связано с тем, что наиболее интенсивная пластическая деформация при усталости протекает в приповерхностных слоях глубиной порядка размера зерна. Поведение и состояние этого слоя определяет долговечность до зарождения усталостных трещин и во взаимосвязи с деформационными характеристиками всего объема металла обусловливает уровень предела выносливости, а также уровень порогового коэффициента интенсивности напряжений, необходимого для старта усталостной трещины. Наличие концентраторов напряжений (например, от грубой механической обработки) и других дефектов на поверхности, остаточных напряжений растяжения, агрессивной среды и ряда других факторов приводит к снижению предела выносливости. Поверхностное пластическое деформирование и различные виды химико-термических обработок повышают предел выносливости металлических материалов[2].

Дата добавления: 2015-08-31