Понятие усталости.
С течением времени в металле накапливаются отрицательные остаточные явления, которые постепенно повышают его напряженное состояние. При достижении значения, превышающего предел прочности металл разрушается.
Усталость металла характеризуется непрерывным продолжительным воздействием на него статической нагрузки (статическая усталость). При этом виде усталости накопление отрицательных остаточных нагрузок происходит длительное время и металлические изделия служат долго.
Противоположный результат вызывает воздействие на металл динамических (удар, вибрация, знакопеременные нагружения) нагрузок. В этих условиях усталость наступает в короткие сроки.
Рассмотрим воздействие на металл динамической нагрузки, как наиболее часто встречающейся в окружении человека. (Действительно, в спокойно стоящем металлическом заборе тоже накапливаются отрицательные остаточные явления и наступит время, когда он разрушится от усталости. Но когда это произойдет? Совсем другая картина наблюдается в движущихся металлических деталях, например, различных валах, осях, шестернях и т. д.).
При воздействии динамических нагрузок усталость металла подразделяется на три основных класса:
- Одноцикловая;
- Малоцикловая;
- Многоцикловая.
Одноцикловая усталость – состояние, когда воздействует одноразовая нагрузка, которая равна или превышает предел прочности металла.
Малоцикловая усталость возникает при приложении нагрузки равной или немного превышающей предел прочности, а количество циклов не превышает 10000.
Многоцикловая усталость вызывает разрушение металла под воздействием нагрузки, превышающей предел прочности. Количество циклов – более 10000.
Малоцикловая усталость металла.
Возникает при знакопеременных приложениях нагрузки (растяжение-сжатие, изменение направления вращения). Вызывает разрушение металла.
Физическая сущность усталости металла заключается в изменении его кристаллической решетки в результате воздействия нагрузки. Процесс накопления измененных кристаллов приводит к образованию микротрещины, которая (опять же со временем) начинает разрастаться. Процесс длится до тех пор, пока трещина не примет размеры, вызывающие разрушение.
Усталостные трещины от поверхности детали постепенно проникают вглубь, ослабляя сечение и в конечном итоге вызывают разрушение.
Для определения ресурса службы детали проводятся ее многочисленные испытания. В данной статье рассмотрим испытание на малоцикловую усталость материала.
Испытание на малоцикловую усталость металла.
Испытание проводится согласно требованиям ГОСТ 25.502-79.
Подготовка образцов.
Для испытания подготавливаются образцы четырех типов:
Рабочая часть образцов должна соответствовать по точности не ниже 7-го квалитета, а параметр шероховатости лежать в пределах 0,32-0,16 мкм.
Размеры образцов берутся по данным таблиц 1-4. Рабочую часть измеряют с точностью до 0,01 мм. В намеченной серии испытаний должно быть не менее 10 образцов.
Испытательная аппаратура.
Испытательные машины подбираются так, чтобы была возможность обеспечивать нагружение образца по определенным параметрам. Погрешность измерений не должна превышать ± 3 % измеряемой величины. При испытании должно обеспечиваться непрерывное измерение и регистрация процесса деформирования рабочей части образца.
Для определения размеров образцов используются штангенциркули и микрометры.
Процесс испытания.
Во время испытания допускается мягкое и жесткое нагружение образцов. Испытания проводятся непрерывно до образования трещины, полного разрушения либо до базового числа циклов.
Основным видом испытания считается растяжение-сжатие.
Образец фиксируется в захватах испытательной машины таким образом, чтобы рабочая часть до прижимного устройства имела дополнительную длину, равную двум диаметрам образца.
Верхний уровень частот испытания ограничивается значениями, исключающими саморазогрев образца свыше 100 °C.
При включении испытательной машины результаты испытания фиксируются с дисплея машины или ее измерительных приборов.
После проведения испытания полученные результаты обрабатываются и заносятся в протокол испытания.
