Определение предела выносливости металла

Определение предела выносливости (усталости). Многие детали машин в процессе работы подвергаются нагрузкам, изменяющимся по величине и направлению. При таких повторно-переменных нагрузках работают, например валы, пальцы, шатуны, рессоры, пружины, шестерни и др, В результате длительной службы указанных и других металлических деталей металл постепенно из вязкого состояния переходит в хрупкое («устает»). Хрупкое состояние объясняется появлением микротрещин, которые постепенно расширяются и ослабляют связь между зернами металла. Вследствие этого разрушение наступает при напряжениях меньших, чем предел прочности.



В различных деталях машин микротрещины появляются и развиваются с поверхности преимущественно в сечениях с резкими изломами линий контура (например, при наличии надрезов, отверстий, раковин и т. п.). Излом усталости состоит из двух характерных зон: крупнозернистой, получившейся в момент разрушения образца, и мелкозернистой (фарфоровидной), образовавшейся в результате трения металла в местах трещин и надрывов при многократных изменениях напряжений. Из сказанного следует, что статическая прочность не может характеризовать выносливость металла при переменных нагрузках.

Испытания на выносливость (усталость) производятся на различных машинах в зависимости от характера работы деталей машин. Наиболее распространенными типами машин являются: машины для испытания изгибом при вращении; машины для испытания при растяжении — сжатии; машины для испытания при кручении.

Для определения предела выносливости по ГОСТ 2860—45 подвергают испытанию не менее шести образцов. В патроне, получающем вращение от привода машины, закрепляется утолщенным концом цилиндрический образец. На противоположном конце образца подвешивается груз, действующий на образец через шарикоподшипник. В данном положении верхние волокна образца испытывают напряжения растяжения, нижние — напряжения сжатия. Через оборота растянутые волокна перейдут вниз и окажутся сжатыми, нижние же перейдут вверх и будут растянуты. Таким образом, за каждый полный оборот образца напряжение изменится, т. е. будет осуществлен цикл нагружения. Число оборотов образца, очевидно, будет равно числу циклов.

Испытания повторяют несколько раз, определяя каждый раз число циклов (оборотов), доводящее образец до разрушения. Пределом выносливости считается наибольшее напряжение, которое материал может выдержать N раз не разрушаясь. Следует отметить, что плохая обработка поверхности, наличие надрезов, дефекты в конструкции детали, коррозия или разъедание поверхности детали в работе резко снижают предел выносливости.

Тщательное шлифование, полирование и упрочнение поверхности деталей значительно увеличивают срок их службы. Для металлов, работающих в сложных условиях, машины оборудуются установками и приспособлениями для испытаний при повышенных и пониженных температурах, при коррозии и в других специальных условиях.