ляют по кривым, выражающим зависимость процента вязкой составляющей в изломе от температуры испытания при визуальном исследовании излома. Однако в высокопрочном состоянии стали локализованные зоны вязкой и хрупкой составляющих: находятся в пределах одного или многих, зерен, поэтому и этот метод не всегда приемлем. В настоящее время верхнюю и нижнюю температуры порога хладноломкости более точно определяют электронно-фрактографическим методом. На электронных фрактограммах вязкое разрушение имеет чашечный, а хрупкое- ручьевой узоры. Разрушая образцы при различных температурах и изучая строение их изломов, находят интервал температур, в котором строение излома меняется от вязкого к хрупкому. Верхняя и нижняя границы этого интервала температур будут соответствовать верхней и нижней температурам порога хладноломкости.

Определение ударной вязкости

при отрицательных

и повышенных температурах

Для определения ударной вязкости при отрицательных температурах в качестве охлаждающей жидкости для охлаждения до -60° С применяют смесь сухого льда с незамерзающей при температуре испытания жидкостью, например спиртом, спиртом-сырцом, денатурированным спиртом и другими нетоксичными жидкостями. -Для достижения температуры -6Q**C и ниже рекомендуется применять смесь незамерзающей жидкости со сжиженным невзрывоопасным газом (например, азотом). При температуре ниже -ЗОС применяют чистый этиловый спирт. Охлаждение до температуры кипения жидкого азота должно проводиться в жидком азоте. Выдержка образца в ванне с отрицательной температурой (с учетом необходимого переохлаждения) должна быть не менее 15 мин. Интервал времени с момента извлечения замороженного образца из ванны до удара маятника не должен превышать 5 с. Температурой испытания считается температура у поверхности дна надреза в момент начала разрушения.

Для определения ударной вязкости при повышенных температурах образцы от 20 до 100° С нагревают в воде, свыше ЮОС - в муфельных печах лабораторного типа. Допускается нагрев образцов в масле и других неагрессивных средах. Интервал времени с момента извлечения образца из печи до удара маятника не должен превышать 5 с. Испытания при серии температур следует начинать с более низких температур с постепенным повышением температуры печи.

Для обозначения работы удара и ударной вязкости при пониженной и повышенной температурах вводится цифровой индекс, указывающий температуру испытания. Цифровой индекс ставят вверху после буквенных составляющих.

Например: КСГ+оо 15/3/7,5 - ударная вязкость, определенная на образце с концентратором вида Т при температуре -ЫОО°С. Максимальная энергия удара маятника 15 кгс.м, глубина концентратора 3 мм, ширина образца 7,5 мм.

6. Испытания на усталость

Основные термины и обозначения

Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к уменьшению долговечности, образованию трещин и разрушению. Свойство материала противостоять усталости называют выносливостью. Методы испы--тания на усталость регламентированы

Рис. II.5. Параметры циклов напряжений в области растяжения и сжатия

ГОСТ 23026-78, предусматривающим испытания при простых видах деформирования стандартных образцов (изгиб, растяжение- сжатие, кручение), при наличии и отсутствии концентрации напряжений, при симметричных и асимметричных циклах напряжений или деформаций, при нормальных температуре и влажности в соответствии с ГОСТ 15150-69 и СТ СЭВ 458-77, в много- и малоцикловой упругой и упруго-пластической областях.

Наибольшее напряжение, которое выдерживает металл без разрушения при повторении заранее заданного числа циклов переменных нагрузок называют пределом выносливости.

Основные термины, определения и обозначения, принятые при испытаниях на усталость, представлены в табл. 11.13.

-Различают следующие основные циклы напряжений (рис. II.5 и II.6):

симметричный - цикл, у которого максимальное и минимальное напряжения равны по величине, но противоположны по знаку:

Отах =- 0min* max =- Tmini

асимметричный - цикл, у которого максимальное и минимальное напряжения имеют разные величины;

знакопостоянный - асимметричный цикл напряжений, изменяющихся только по величине;

знакопеременный - цикл напряжений, изменяющихся только по знаку;

Таблица 11.13

Термины, определения и обозначения, принятые при испытаниях на усталость

Термин

Определение

Цикл напряжений

Частота и период цикла

Максимальное напряжение цикла

OmaZ) Tmax

Минимальное напряжение цикла

Ominr Tmin

Среднее напряжение цикла Cm, Tin

Амплитуда напряжений цикла Оа,

Размах напряжений цикла

Коэффициент асимметрии цикла напряжений

Номинальное напряжение Сп, Тп

Предел выносливости

Предел ограниченной выносливости

База испытаний N

Усталостная долговечность

Концентрация напряжений

Совокупность последовательных значений переменных напряжение за один период их изменения

Частотой цикла называют число циклов напряжений в единицу времени, а периодом цикла - продолжительность одного цикла Наибольшее по алгебраической величине напряжение цикла; она равно алгебраической сумме среднего напряжения цикла Ст, tm и-амплитуды Оа, Та (см. рис. П.5);

<шах == <т + а; ТтахТщ + Та Наименьшее по алгебраической величине напряжение цикла, (см. рис П.б) 3

(Ут\п= Отп - Оа; Tmin = Tm -Та

Статическая (положительная или отрицательная) составляющая цикла напряжений:

Наибольшее числовое положительное значение переменной составляющей цикла напряжений:

<Утах - <m!n Тщах - Tmin

аа= - ; Та= -

Алгебраическая разность максимального и минимального напряжений цикла; равен удвоенной амплитуде:

20а = Отах - Omin; 2Та = Tmax-Tmin

Характеристика степени асимметрии цикла напряжений:

= CTmin/cTmax; ~ min/Tmax

Напряжение, вычисляемое по формулам из курса сопротивления ма-терйалов без учета концентрации напряжений, остаточных напряжений и перераспределения напряжений в процессе деформирования: GnMnar/W (при изгибе); GnP/f (при растяжении и сжатии); Тп=Л1кр/1 (при кручении), где Мизг и Мкр - соответственно изгибающий и крутящий моменты в расчетном сечении образца; W - момент сопротивления

Характеристика выносливости материала, имеющего горизонтальны участок на кривой усталости. При испытании образцов с постоянным коэффициентом асимметрии цикла (или с постоянным средним напряжением цикла) предел выносливости определяют соответственно-как наибольшее значение максимального напряжения цикла (или как наибольшее значение амплитуды напряжений цикла), при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого числа циклов N, Предел выносливости выражают в номинальных напряжениях и обозначают Ов, Тл, где R - коэффициент асимметрии цикла. При симметричном цикле предел выносливости обозначают через a~i; ti

Характеристика выносливости материала в пределах спадающего участка кривой усталости. При испытании образцов с постоянным коэффициентом асимметрии цикла (или с постоянным средним напряжением цикла) предел ограниченной выносливости определяют как наибольшее значение максимального (по величине) напряжения цикла (или наибольшее значение амплитуды цикла), при действи которого (или при которой) образец еще не разрушается при определенном (заданном) числе циклов

Предварительно задаваемое число циклов напряжений, являющееся, предельным при испытании образцов на усталость Характеристика выносливости материала; определяется числом циклов, пройденных образцом до разрушения при определенном (задаваемом) напряжении

Местное повышение напряжений вблизи дефектов, отверстий, резьбы, шпоночных канавок, выточек, галтелей и т. п., а также в прессовых, сварных и других соединениях

Продолжение табл. II. IS

Термин

Определение

Коэффициейт концентрации напряжений ,

Эффективный коэффициент концентрации напряжений .

Предельные напряжения цикла Предельная амплитуда цикла

Характеристика степени концентрации напряжений в пределах упругости материала; его определяют как отношение максимального напряжения в зоне концентрации к номинальному напряжению в том же месте:

Характеристика влияния концентрации напряжений на величину предела выносливости. При симметричных циклах его определяют как отношение предела выносливости гладкого образца (а-ь x-i) к пределу выносливости образца с концентрацией напряжений (а-и. т-1л) при прочих равных условиях:

Максимальное и минимальное напряжения цикла, соответствующие пределу выносливости (или пределу ограниченной выносливости) Амплитуда напряжений, соответствующая пределу выносливости (или пределу ограниченной выносливости)

отнулевой - знакопостоянный цикл напряжений, изменяющихся от нуля до максимума (amin=0) или от нуля до минимума (атах=0); в том и другом случае средние напряжение и амплитуда имеют одинаковую величину.

Рис. II.6. Разновидности циклов напряжений и соответствующие им значения коэффициентов асимметрии R

Нагружение образцов в процессе испытания производят при постоянных в течение всего испытания заданных максимальных или амплитудных: а) напряжениях цикла; б) деформациях цикла.

Кривые усталости

Для определения предела выносливости обычно испытывают партию из 8--10 образцов (деталей). При. этом каждый образец испытывают только на одном уровне напряжений до раз)ушения или до достижение базового числа циклов. На уровне предела выносливости должно быть испытано не менее двух образцов. По результатам

испытаний образцов (деталей) строят кривую усталости (рис. П.7) в пропорциональных (сгтах-N), полулогарифмических (а- Ig N) или логарифмических (Ig alg N) координатах. Для стали кривая усталости в

70 65 60 55

Рис. П.7. Кривая усталости в цолулогариф-мических координатах

нижней (правой) части имеет асимптотический характер, приближаясь к горизонтальной асимптоте с ординатой, равной так называемому физическому пределу выносливости огл(тл).

База испытаний ЛГ для определения пределов выносливости в обычных условиях должна быть не ниже: 10-10 циклов - для материалов и сплавов, имеющих горизонтальный участок на кривой усталости (например, для конструкционных сталей); 100-10* циклов - для vлeгкиx сплавов и других материалов, кривые усталости которых не имеют горизонтальных участков. Основной критерий при определении пределов выносливости и построении кривых усталости - полное разрушение образцов. Предел выносливости считается установленным, если раз-