Терентьєв - циклічна міцність металевих матеріалів

1 - крива втоми для зразків з фізичною межею витривалості, 2 - крива втоми без фізичної межі витривалості

при якому навантаження може бути додана необмежену кількість разів, не викликаючи руйнування. Для металевих матеріалів, які не мають фі-

зического межі витривалості, межа витривалості σ R - значення максимального за абсолютною величиною напруги циклу, відповідне зада-

ваемой довговічності. Для металів і сплавів, які проявляють фізичний

межа витривалості, прийнята база випробувань 10 7 циклів, а для матеріалів, ординати кривих втоми яких по всій довжині безперервно зменшуються з ростом числа циклів, - 10 8 циклів (рис. 3). Перший тип кривої особливо характерний для ОЦК-металів і сплавів, хоча може спостерігатися при певних умовах у всіх металевих матеріалів з будь-яким типом кристалічної решітки, а другий тип - відповідає переважно ГЦК-металів і сплавів (алюмінієві сплави, мідні сплави і ін.). В даний час розрізняють багатоциклову втому і

малоцікловую втома [30]. Згідно ГОСТ 23.207 - 78 (Опір втоми. Основні терміни, визначення та позначення) [26] многоцік-

ловая втома - це втома матеріалу, при якій утомлююча пошкодження або руйнування відбувається в основному при пружному деформуванні, а малоциклова втома - втома матеріалу, при якій утомлююча пошкодження або руйнування відбувається при пружно де-

формуванні (по ГОСТ 25.502 - 79 "Методи випробувань на втому" при

малоцикловой втоми максимальна довговічність до руйнування становить умовне число 5 · 10 4 циклів) [10,11].

1. ПОВНА Крива УТОМИ МЕТАЛЕВИХ матеріли

Мета більшості втомних випробувань - визначення довговічності при напружених, менших статичного межі текучості. У ряді випадків для оптимального проектування потрібно знати поведінку матеріалу при циклічних напруженнях (рис. 3), що викликають утомлююча руйнування після невеликого числа циклів зміни напруг або деформацій. Тому поряд з побудовою звичайних кривих втоми великий розвиток отримали роботи по дослідженню несучої здатності матеріалів при малоцикловой втоми. На рис. 4 в загальному вигляді представлена ​​повна крива втоми в діапазоні напруг від тимчасового опору руйнуванню (межі міцності) до межі витривалості (межі втоми). Звичайно, побудова повної кривою втоми в більшості випадків носить умовний характер, так як для отримання повного спектра амплітуд напружень або деформацій потрібні різні типи випробувальних машин. Однак побудова повних кривих втоми дозволяє зрозуміти суть методів розрахунку несучої здатності в кожній області кривої втоми і поліпшити методику досліджень при нестаціонарних циклічних навантаженнях [33,35,9].

Повна крива втоми в першу чергу поділяється на дві основні області: малоцикловой і багатоциклової втоми. Ряд досліджень показує, що умовна межа між цими областями є напруга, рівне динамічному межі текучості (при швидкостях відповідного циклічного навантаження). Є думка, що ця межа пов'язана зі зміною напруженого стану.

σ єї неж ЯРП ан

σ σ σ σ В Β σ σ П П

Мал. 4. Повна крива втоми

Область малоцикловой втоми охоплює діапазон напруг від σ В до σ К (ламана лінія АБВ). В області малоцикловой втоми можна виділити два характерних ділянки. На ділянці I, який іноді називають ділянкою циклічної повзучості, руйнування пластичних металевих матеріалів носить квазістатичний характер з утворенням шийки в місці зламу. Для цієї ділянки характерно безперервно зростає з числом циклів навантаження накопичення пластичної деформації. При цьому петля механічного гістерезису аж до руйнування зразків завжди залишається відкритою. На ділянці II на поверхні руйнування вже чітко можна виділити зону усталостного зламу. На цій ділянці циклічного деформування петля механічного гістерезису стає замкненою. Напруга переходу від одного виду руйнування до іншого при малоцикловой втоми позначено через σ п. Перехід від циклічної повзучості до власне малоцикловой втоми супроводжується зміною механізму макропластіческого деформування матеріалу.

Довговічність в області малоцикловой втоми при навантаженні з постійною загальною амплітудою деформації за цикл залежить від пружною і пластичної складових, які визначаються з параметрів петлі механічного гістерезису (рис. 5):

Д ε / 2 = Де e / 2 + Де p / 2 = у I f / E (2 N f) b + е I f (2N f) c,

де Де - амплітуда загальної деформації за цикл; Де e - амплітуда пружною деформації;

Де p - амплітуда пластичної деформації; у I f - коефіцієнт втомної міцності; 2 N f - число циклів до руйнування;

е I f - коефіцієнт втомної пластичності;

b. c - параметри, що характеризують усталостную пластичність.

Є експериментальні дані, що це рівняння в ряді випадків справедливо для області багатоциклової втоми.

2. ПЕРІОДИ І СТАДІЇ багатоциклових УТОМИ

лостного руйнування доцільно це зробити для статичного деформування, оскільки закономірності процесів пластичної деформації і руйнування при різних видах деформування мають багато спільного [7,13,14]. Періодичність і стадійність процесів пластичної деформації при статичному розтягуванні для випадку полікристалічних металів і сплавів з ОЦК-гратами, мають фізичний межа плинності, можуть бути розглянуті з урахуванням накопичення пошкоджень (рис. 6). Слід зазначити, що це найбільш складний вид діаграми статичного розтягування у металевих матеріалів. Ускладнити цю діаграму можна лише, додавши ділянку деформації переривчастої текучості, яка іноді спостерігається на стадії деформаційного зміцнення, наприклад, у низьковуглецевих сталей в інтервалі температур випробування 100. 300 º С (так званий ефект Портевена - Лешательє). У разі ГЦК-металів і сплавів зазвичай на такий діаграмі відсутні зуб і майданчик плинності. Розглянувши стадийность деформації і накопичення пошкоджень на прикладі такої складної діаграми, легше перейти до більш простим випадків.