книги / Усталость металлов

Вильямс и Хеймонд (359] обнаружили заметное влияние толщи­ ны покрытия в зависимости от термообработки (рис. 99). При

Т а б л и ц а 43

Влияние цинкового покрытия на сопротивление усталости стали при изгибе с вращением [120]

никелевом покрытии предел усталости значительно понижается с увеличением толщины слоя (табл. 42). Было установлено, что снижение предела усталости в результате хромирования и никелирования непосредственно связано с растягивающими остаточными напряжениями в нанесенном слое. Барклай и Девис [356] и Олмен (358] показали, что предел усталости образцов, покры­ тых никелем, может повышаться, если остаточное растягивающее напряжение понизится при изменении процесса покрытия (табл. 42). Предел усталости деталей можно заметно изменить последующей термообработкой (рис. 99). Термообработка при 200—300° С снижает предел усталости, а при температуре выше 400° С — повышает. Было показано, что это связано с влиянием остаточных напряжений в слое; термообработка при 200—300° С увеличивает остаточное растягивающее напряжение, в то время как при температурах выше 440° С образуются сжимающие ос­ таточные напряжения. Подобные результаты были получены Лодженом (355] для хромомолибденовой стали SAEX4130. Тер­ мообработка после хромирования при температуре не меньше

хромированной стали почти не зависит от ее прочности [353]. Это поведение можно объяснить тем, что усталостная трещина обра­ зуется в нанесенном слое; концентрация напряжения в конце трещины может быть достаточной, чтобы обеспечить ее распро­ странение в слой металла под покрытием. С другой стороны, со­ противление основного металла распространению трещины мо­ жет иногда влиять на сопротивление усталости; например, азо­ тирование и наклеп перед нанесением покрытия повышают пре­ дел усталости.

В табл. 43 показано, что покрытие цинком, в отличие от нике­ лирования и хромирования обычно незначительно повышает пре­ дел усталости, в то же время горячее цинкование вредно.

Лав [120] по различным источникам сделал вывод, что покры­ тие свинцом, кадмием и распыленным алюминием мало влияет на сопротивление усталости; омеднение снижает предел усталос­ ти при изгибе на 12% и заметно снижает прочность при повтор­ ной нагрузке спиральных пружин. Другие опыты, однако, пока­ зали, что гальванизация кадмием может понизить предел уста­ лости очень прочных сталей [671]. Чтобы уменьшение сопротив­ ления усталости было минимальным, перед гальванизацией рекомендуется применять обработку, вызывающую остаточные сжимающие напряжения в поверхностных слоях. Для предотвра­ щения охрупчивания термообработку следует применять после гальванизации. Напыление металлом может заметно снизить сопротивление усталости (вероятно в результате грубой обработ­ ки, применяемой перед напылением). В последнее время, одна­ ко, было показано, что удовлетворительное сцепление можно по­ лучить при напылении тонкого слоя молибдена на поверхность, обдутую дробью, при этом предел усталости различных сталей снижается не более чем на 10% [361]. Фосфатизация повышает сопротивление коррозии трения, но значительно уменьшает пре­ дел усталости [120, 310].

Поверхностные покрытия цветных металлов и сплавов. Дан­ ных по влиянию поверхностных покрытий на предел усталости цветных сплавов значительно меньше, чем для стали. Влияние никелирования или хромирования на алюминиевый сплав не­ устойчиво; в некоторых случаях было найдено небольшое сни­ жение предела усталости [310], в то время как в других случаях предел усталости снижался значительно [353]. Покрытие чистым алюминием алюминиевых сплавов заметно понижает предел усталости лабораторных образцов (см. табл. 7), но мало влияет на предел усталости соединений деталей. Оксидные пленки обычно мало влияют на усталость алюминиевых сплавов [362], хотя предел усталости алюминиево-медного сплава снизился на 50% [363]. Значительное понижение предела усталости в резуль­ тате анодной обработки было обнаруженр также для магниевого сплава (см. табл. 51).

Г л а в а VII

КОРРОЗИОННАЯ УСТАЛОСТЬ И КОРРОЗИЯ ТРЕНИЯ

Коррозионная усталость

К оррозия поверхности металла может вызывать общее

увеличение шероховатости поверхности и образование каверн или трещин в отдельных точках, что может значительно умень­ шить сопротивление усталости, если на металл впоследствии действуют переменные напряжения. Значительно больше со­ противление усталости уменьшается в результате одновремен­ ного действия коррозии и переменных напряжений. Для характе­ ристики совместного влияния этих факторов используется поня­ тие коррозионной усталости.

Обзор по коррозионной усталости был составлен Гафом в 1932 г. [364], Гильбертом [365], Гоулдом [366] и Ивенсом [367]. Процесс образования трещин коррозионной усталости отличает­ ся от процесса образования трещин под действием статического напряжения в условиях коррозионной среды.

Коррозионное растрескивание под напряжением проявляется только в определенных металлах, в основном после неправиль­ ной термообработки [367], в то время как коррозионной усталости подвержено большинство металлов. Коррозионные усталостные разрушения отличаются от обычных усталостных разрушений.

Во-первых, поверхность излома часто изменяет окраску при коррозионном разрушении, хотя это не является характеристи­ кой существенной значимости. Степень наблюдаемой поверхно­ стной коррозии зависит от материала и коррозионной среды и обычно выше при разрушениях в рабочих условиях, чем в лабо­ раторных из-за относительной кратковременности большинства лабораторных испытаний. Поверхность обычных сталей незначи­ тельно ржавеет при испытании в пресной воде и больше в соле­ ной, но нержавеющие стали и азотированные стали часто не имели явных признаков ржавчины, даже если предел усталости значительно снижался при действии соленых брызг.

Другой отличительной чертой коррозионной усталости являет­ ся внешний вид усталостных трещин. Обычно возникает значитель­ но больше трещин, чем при обычном усталостном разрушении; это является следствием электрохимического поражения, интенсивость которого понижается по мере уменьшения трещины.

178

усталости, можно объяснить влиянием местного повышения на­ пряжения от коррозионных каверн.

Сравнения результатов усталостных испытаний, проводимых в коррозионной среде, с проводимыми на воздухе, показали, что вредное влияние коррозии увеличивается с продолжительностью

Рис. 103. Испытания на усталость (штриховые линии) и коррозионную усталость (сплошные линии) авиационных материалов [369]:

испытания. Кривые ст — N, полученные при коррозионных испы­ таниях, имеют значительно меньшую тенденцию приобретать асимптотический характер даже в относительно слабой корро­ зионной жидкости, подобной пресной воде, и вряд ли какие-ни­ будь металлы имеют в этих условиях определенный предел уста­ лости. В сильно коррозионной среде непрерывное понижение кривой а — N может быть очень заметным. Это иллюстрируется рис. 103, где показаны результаты испытаний различных мате­ риалов при разбрызгивании соленой воды. В связи с этим необ­ ходимо проводить ограниченные пределы усталости для данной долговечности и не применять термина «коррозионный предел усталости». Установлено, что коррозионный предел усталости зависит от частоты циклического напряжения, и соответствую-

181