Испытания на усталость

Усталостью называется разрушение металлов под действием многократного приложения переменных и особенно знакопеременных напряжений. Она наблюдается, например, у пружин, валов, передающих крутящий момент, деталей кулачковых и других механизмов, работающих в режимах «нагружение-разгружение», «растяжение-сжатие» и т.п.

Характерная особенность усталостного разрушения всегда сЮстоит в том, что оно происходит без заметных внешних признаков пластической деформации. В усталостном изломе, как правило, наблюдаются две характерные зоны. Первая зона, имеющая гладкую поверхность, образуется в результате возникновения и постепенного развития усталостной трещины. Вторая зона – зона окончательного излома оставшейся части сечения изделия.

Образование усталостной трещины связано с реальным строением металлов – наличием различно ориентированных зерен и блоков, неметаллических включений, микропор, дислокаций и других дефектов кристаллической решетки. В этих условиях значение предела упругости, фактические напряжения в металле распределяются крайне неравномерно.

Характеристикой сопротивления усталости является предел выносливости – наибольшее напряжение, которое выдерживает материал без разрушения при заданном числе циклов нагружения N.

Для стали предел выносливости обычно определяют на базе N = 10⁷, для цветных металлов на базе N = 10⁸ циклов нагружения. Наиболее часто предел выносливости определяется при испытании образца на изгиб с вращением со знакопеременным симметричным циклом напряжений. Испытание производится на серии образцов с определением разрушающего напряжения цикла и соответствующего ему числа циклов нагружения. По полученным данным строится кривая, на которой определяется выносливость на базе заданного числа циклов нагружения (см. рис. 1.2,в).

Предел выносливости, определяемый в стандартных условиях, например, для стали при N = 10⁷, обозначают s_-1, МПа (кгс/мм²). При определении ограниченной усталостной прочности в обозначении указывается база испытания, например, N = 10⁵ и т.д.

Физические методы

При изучении свойств материалов используют самые разнообразные физические методы. Ниже приводится краткое описание только небольшой их части.

Термический анализ

Данный метод основан на том, что фазовые превращения в сплавах, как например: появление твердой фазы в начале кристаллизации (или плавление при нагревании), переход металла в твердом состоянии из одной формы кристаллического строения в другую, растворение или выведение избыточной фазы и так далее, сопровождается тепловым эффектом. В соответствии с этим на кривых измерений, построенных в координатных осях температура-время, при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба или температурные остановки. (Перегибы на кривой нагрева или охлаждения наблюдаются в том случае, если превращение происходит в интервале температур.) Температуры, соответствующие фазовым превращениям, называются критическими точками.

Термический анализ – основной экспериментальный метод построения диаграмм состояния сплавов.