книги / Усталость металлов

но наклон кривой а — N обычно менее крутой, чем для высоко­ прочных алюминиевых сплавов. Ограниченный предел усталости на базе 108 циклов для кованых магниево-алюминиевых сплавов может составлять до 16 кГ/мм2, а коэффициент выносливости обычно имеет значение от 0,35 до 0,5. Магниево-марганцевые сплавы имеют меньшие сопротивление усталости и коэффициент выносливости, но они менее чувствительны к коррозии и концен­ трации напряжений, чем магниево-алюминиевые сплавы.

При увеличении прочности на растяжение магниевых спла­ вов добавлением легирующих элементов, образующих твердые

Т а б л и ц а 8

Сопротивление усталости при симметричном цикле листов из магниевого сплава (по данным, собранным Гровером, Гордоном и Джексоном [135]).

Усталостные данные для штамповок по испытаниям при изгибе с враще­ нием и листов при плоском знакопеременном изгибе

* Среднее двух результатов.

растворы, сопротивление усталости увеличивается приблизитель­ но пропорционально. Если же увеличение прочности достигается при выпадении упрочняющих фаз или холодной обработкой, то сопротивление усталости увеличивается только при малых дол­ говечностях, но уменьшается при больших. На сопротивление усталости магниевых сплавов влияют структура, наличие оста­ точных напряжений в заготовке и размер сечения.

Усталостные свойства магниево-алюминиевых сплавов по­ дробно исследовались Фришем [746] как при нормальной, так и при повышенных температурах. При испытании сплавов с овр = = 14 27 кГ/мм2 при нормальной температуре и изгибе с вра­ щением с ограниченным пределом усталости (108 циклов) от 4,7 до 9,4 кГ/мм2 не установлено зависимости между ограниченным пределом усталости и прочностью на растяжение.

Усталостные свойства листового магниевого сплава приведе­ ны в табл. 8.

Медные сплавы. Зависимость между сопротивлением устало­ сти и прочностью на растяжение непостоянна (рис. 40). Медные

Рис. 40. Зависимость между пределом усталос­ ти при изгибе с вращением и временным сопро­ тивлением на разрыв кованых медных сплавов:

/ — коэффициент выносливости 0,5; 2 — коэффици­ ент выносливости 0,35

сплавы обычно не имеют предела усталости, а результаты ис­ пытаний на усталость, показанные на рис. 40, относятся к раз­ рушению на базе 108 циклов. На сопротивление усталости влия­ ет ряд факторов, особенно состав сплава, размер зерна и сте­ пень деформации.

Предел усталости чистой меди составляет около 9,4 кГ/мм2. Он увеличивается при упрочнении твердого раствора, как для медно-цинкового и медно-оловянного сплавов, но наиболь­ шие пределы усталости получаются в упрочненных старением

75

сплавах, таких, как медно-бериллиевые, хотя небольшое улучше­ ние сопротивления усталости получается увеличением предела прочности на растяжение выше 47 кГ/мм2.

Влияние размера зерна на сопротивление усталости медных сплавов может быть заметным, как это видно на рис. 41. Срав­ нительно небольшая начальная деформация быстро увеличивает сопротивление усталости медных сплавов; дальнейшая обработ­

проволоки; усталостные свойства этих изделий широко исследо­ вались в США [135, 147, 152— 154]. В табл. 9 приведены коэф­ фициенты выносливости листовой меди и медного профиля того же состава. Следует отметить, что сопротивление усталости ли­ ста из латуни с свинцом, приведенное в таблице, выше в попереч­ ном направлении, чем в продольном. Это свойство характерно для листового медного сплава [147].

Некоторые данные, полученные на медной проволоке Бюргоффом и Бланком [152], приведены в табл. 10. В отличие от ре­ зультатов, показанных на рис. 42, сопротивление усталости каж­

76

-о _______________________________________________________________________________ ние равно 0,79

коэффициента выносливости; сопротивление усталости в этом случае обычно ниже, чем для медного профиля, за счет поверхно­ стных дефектов проволоки, подвергнутой правке после протяги­ вания.

Никелевые сплавы. Коэффициент выносливости никеля и ни­ келевых сплавов, определенный при изгибе с вращением на базе 108 циклов (эти сплавы не имеют выраженного предела устало­ сти), обычно составляет от 0,35 до 0,5, причем пониженные зна­ чения соответствуют обработке на высокую прочность на растя­ жение. Сопротивления усталости листа и круглых образцов дано в табл. 11, а некоторые усталостные данные для проволоки — в табл. 12. Свойства подобны свойствам медных сплавов. Сплавы на никелевой основе, содержащие хром, широко используются при высоких температурах.

Титановые сплавы. Сопротивление усталости титановых спла­ вов относительно их прочности на растяжение такое же или луч­ ше, чем у сталей; по многим данным коэффициент выносливости составляет больше половины (рис. 43). Кривая о — N для боль­ шинства сплавов становится горизонтальной при больших долго­ вечностях, а некоторые сплавы обнаруживают определенный

78

Сопротивление усталости при симметричном цикле листов из никелевого сплава (по данным, собранным Гровером, Гордоном и Джексоном [135]).

Усталостные данные по испытаниям на изгиб с вращением круглых образцов и на знакопеременный изгиб листовых образцов шириной 5,85 мм

Среднее

отношение равно 0,68

предел усталости. Титановые сплавы в особенности чувствитель­ ны к водородному охрупчиванию [156], но присутствие водорода

нии и усталостные трещины всегда следуют по границам зерен. Сопротивление усталости зависит от частоты (как и для других

добавлении легирующих элементов. Материал с мелким зерном в основном имеет более высокий предел усталости, чем грубозер-

80

нистый, хотя эффект может быть замаскирован рекристаллиза дней и ростом зерна в процессе испытания. Некоторые результа

Сопротивление металлов усталостному разрушению при малом числе циклов знакопеременного напряжения

Для многих деталей машин, таких как котлы под давлением, механизм шасси самолета и силовые части оружия, долговеч­ ность составляет всего несколько сотен или тысяч циклов. В этих случаях материал должен обычно сопротивляться напряжениям, значительно превышающим их предел усталости, т. е. характе­ ризуется сопротивлением весьма ограниченному числу циклов; поэтому для создания целесообразной конструкции необходимо изучение выносливости материалов при низких долговечностях.

При высоких напряжениях, которым может сопротивляться материал при малом числе циклов, часто имеет место значитель­ ная пластическая деформация в течение каждого цикла. Это привело к применению термина «прогрессирующее разрушение» для описания разрушения в результате действия малого числа циклов знакопеременного напряжения; возможно, что механизм разрушения при этих условиях отличается от усталостного раз­ рушения для больших долговечностей. Внешний вид поверхно­ стей излома подтверждает это; разрушения при числах циклов