Испытания при повторно-переменных нагрузках

Испытания при повторно-переменных нагрузках

При испытаниях этого типа (статических и ударных) нагрузка, приложенная к специально подготовленному образцу, в процессе испытания многократно изменяется. При этом металл испытывает действие попеременно сжимающих или растягивающих (знакопере­менных) нагрузок. Нагрузки могут быть одинаковой величины, но разного знака (симметричный цикл) и разной величины (асиммет­ричный цикл).

Разрушение деталей машин (например, шатунов и коленчатых валов двигателей) при повторно-переменных нагрузках, изменяю­щихся как по величине, так и по знаку (растяжение — сжатие), происходит при напряжениях, значительно меньших величины предела текучести, определенного при статических испытаниях (однократном нагружении). В изломе металла после разрушения видны две зоны: меньшая, имеющая гладкую поверхность (область усталостного излома), и большая — с кристаллическим (зернистым) строением в изломе, характерным для разрушения образцов при статических испытаниях.

Разрушение металла под влиянием повторно-переменных на­грузок получило название усталости металла. При выбо­ре металла для деталей машин, работающих с приложением повтор­но-переменных нагрузок нужно учитывать сопротивление его раз­рушению от усталости. Меха­нической характеристикой этого сопротивления является пре­дел усталости, или предел выносливости

σ-1н/м2. Пределом выносливости называют наибольшее напряже­ние, при котором металл выдер­живает заданное число циклов N повторно-переменных нагру­зок без разрушения. Для стали N равно 107, а для цветных металлов — 108.

Результаты испытаний на выносливость при разных напря­жениях наносят на диаграмму напряжение — число циклов до разрушения, вычерчиваемую в пропорциональном или логарифмическом масштабе, и получают кривую усталости, или кривую выносли­вости (рис. 5).

Кривая усталости

Кривая усталости

Численное значение предела выносливости зависит от структу­ры металла, размеров и формы образцов, чистоты их поверхности, технологии обработки, воздействия температуры, среды и других факторов. Для изделий, срок службы которых должен быть неогра­ниченно долгим, рабочие напряжения выбирают ниже предела вы­носливости данного материала. В случае ограниченной долговеч­ности деталей машин и конструкций (например, деталей самолетов) можно допустить более высокие напряжения, соответствующие заданному сроку службы, выбрав величину их по полученной кри­вой выносливости.

Испытания на усталость (выносливость) производят на различ­ных машинах в зависимости от характера работы изделия. Наибо­лее распространены машины для испытания изгибом вращающегося образца.

Для испытания металлов, работающих в сложных условиях, применяют специальные машины для циклических испытаний при повышенных и пониженных температурах, в условиях коррозион­ной среды и т. д.