книги / Циклическая прочность металлов

При испытаниях на изгиб при вращении закаленных сталей наблюдаются случаи, когда круглые образцы стандартной формы ломаются не на длине своей рабочей части, а вблизи переходных галте­ лей или даже в какойлибо из двух головок.

Причина этого заклю­ чается в том, что после зажима цанги прилегают

Фиг. 50. Форма круглого образца, прини­ не по всей поверхности маемого иногда для испытаний на цикли­ головок образцов, а только ческий изгиб закаленных сталей. в отдельных их точках,

вследствие чего создаются значительные контактные напряжения. Кроме того, в этих точках происходит коррозия металла, что также понижает прочность ■образца. Во избежание этого в таких случаях применяют иногда образцы специальной формы [29], изображенные на фиг. 50.

Образцы для испытаний на изгиб в одной плоскости

Испытания металлов на циклический изгиб в одной плоскости обычно проводят с консольными образцами в форме пластинок. Образцы эти почти всегда небольшие и представляют собой пла­ стинку равного сопротивления для того, чтобы излом образца получался где-то на длине образца. При изготовлении таких образцов особое внимание также обращается на конструкцию

переходной галтели с тем, чтобы избежать в ее районе концентра­ торов напряжений.

Размеры и форма таких образцов зависят от конструкции ис­ пытательной машины и поэтому бывают весьма разнообразными, особенно при испытании цветных металлов. Ниже приводится несколько форм образцов (фиг. 51).

Образцы для испытаний на кручение

Образцы для испытаний на циклическое кручение по своим размерам и форме зависят также от конструкции испытательной машины. Длина таких образцов в большинстве случаев неболь­ шая. Головки их делаются или круглыми или многогранными для удобства зажима. Рабочая часть образцов иногда бывает сфериче­ ская, фиксирующая место усталостного излома. Большое внима­ ние обращается на удаление как с поверхности рабочей части, так и с поверхности галтелей концентраторов касательных напряже­ ний с тем, чтобы результаты испытаний показывали действи­ тельную циклическую прочность испытываемого металла, а не были следствием локальных дефектов внутри или на поверх­ ности образцов.

На фиг. 52 изображено несколько типов образцов для испы­ таний на циклическое кручение, а именно:

образец со сферической рабочей частью (фиг. 52, а); образцы (нормальный и малый) с цилиндрической рабочей

частью и квадратными головками (фиг. 52, б и в ) ; образец со сферической рабочей частью и конической круглой

головкой, которая закрепляется в гнезде зажима при помощи клина (фиг. 52, г).

Образцы для испытаний на растяжение-сжатие

Для испытаний на циклическое растяжение-сжатие применяют образцы чаще круглого, реже прямоугольного поперечного се­ чения, но все они почти всегда значительно меньших поперечных размеров, чем при изгибе и кручении, так как усталостное раз­ рушение образцов с одним и тем же поперечным сечением при растяжении требует, как известно, больших усилий, чем при из­ гибе или при кручении.

Рабочая часть круглых образцов чаще бывает цилиндриче­ ская, обеспечивающая одинаковые напряжения во всех сечениях ее, и реже — сферическая или коническая с заранее фиксирован­ ным местом излома но наименьшему сечению в середине длины

ние заметим, что преДел Усталости металла на растяжение-сжа-

!| 20нит окна1' ф0,10-0,30'

-

F r T = F = ” 4

D

Фиг. 53. Формы образцов для испытаний на циклическое растяжение-сжатие.

тие, определяемый на круглых образцах, обычно оказывается несколько более высоким, чем определяемый %а образцах пря­ моугольного поперечного сечения. ^

Изготовление образцов и последующая обработка их являются одной из ответственных операций в проведении циклических испы­ таний.

Известно, что показатели циклической прочности металлов по своей величине весьма чувствительно зависят от многих фак­ торов — механических, технологических, термических, термо­ химических и др., поэтому на правильное изготовление образ­ цов для испытании должно быть обращено всякий раз весьма серьезное внимание. Таюке большое значение имеют метод конт­ роля образцов и способ их хран и м .

Образцы из заготовок обЫ ^оМ от^ают резанием (точением); при этом все параметры рея?цжк резания для каждой серии об­ разцов, назначенное в зависимости от цели экспериментальных исследований, должны быть одинаковы даже в мелочах, т. е. должны быть совершенно одинаковы скорость резания, толщина стружки, продольная подача режущего инструмента, геометрия

режущего инструмента и др., за исключением, конечно, того па­ раметра, или тех параметров, влияние которых на циклическую прочность изучается. Чтобы достичь этого, изготовление образ­ цов для испытаний обычно выполняется на одном и том же токар­ ном станке и поручается одному мастеру, вполне сознающему все значение выполняемой им работы. Нужно избегать в процессе обработки образцов всяких локальных повреждений поверхно­ сти их, даже самых мелких, так как эти повреждения, являясь обычно в той или иной степени концентраторами напряжений, могут значительно нарушить достоверность результатов испы­ таний.

Если поверхность рабочей части изготовленных образцов дол­ жна в зависимости от цели исследования подвергнуться после­ дующей чистовой обработке, шлифованию или полированию, то режимы этих операций для каждой испытываемой серии об­ разцов также должны быть совершенно одинаковые, даже в по­ дробностях, так как параметры этих режимов тоже оказывают влияние на величину показателей циклической прочности метал­ лов.

Также одинаковы должны быть и параметры термической обработки образцов в случаях, когда они предусмотрены про­ граммой испытаний. Если в зависимости от цели испытаний об­ разцы должны подвергнуться термической обработке до оконча­ тельной отделки поверхности рабочей части, то нужно при об­ точке их оставлять припуск на шлифование по 0,1—0,15 мм на сторону.

В процессе изготовления образцов и особенно после оконча­ тельной обработки их образцы подвергаются контролю и визу­ альному и инструментальному, с тем чтобы не допустить к ис­ пытанию образцу с дефектами, в частности с локальными дефек­ тами. Особенно большое значение имеет инструментальный кон­ троль. Для такого контроля в лабораториях часто применяют токарные центры (фиг. 54) и зрительную трубу (фиг. 55). Провер­ ка каждого образца в токарных центрах с помощью индикатора дает возможность отбраковать образцы с недопустимо большим биением при их вращении.

Рассмотрение поверхности каждого образца при боковом освещении с помощью зрительной трубы дает возможность доста­ точно наглядно исследовать мйкрогеометрию его рабочей части и обнаружить локальные повреждения поверхности, которые могут вызвать преждевременный излом образца и дать поэтому неверные результаты дл§0 суждения о прочности исследуемого металла.

Нередко для проверки качеству изготовленных образцов при­ меняют метод магнитной дефектоскопии. Этот метод следует при­

из баббита> бр011^ 1 и ДР* Они в этих случаях имеют характер биметаллйч^ск0Й: поддерживающей основой в них является

прочный >^талл (обычно сталь), на который наносится испыты­ ваемый мЯ^ки# сплав с монолитным прилуживанием. Размеры поддержи#а1ош;ей ^асти образца и размеры слоя испытываемого сплава пРИни>*а1ОТСЯ различными, например, в одном случае [72] при Исследовании усталостной прочности баббита диаметр наименьшего сечения поддерживающей стальной основы был при­ нят 2 мм, а нарУ>адый диаметр рабочей части образца из баббита был 20 мМ (фнг* 57). В другом случае при исследовании цикли­ ческой прочности свинцовистой бронзы были применены кольце­ образные образцы диаметром 9,1 мм с толщиной стенок поддер­ живающего стального кольца 0,6 мм и наружного слоя испытывае­ мого сплава 1,6 мм.

Во всех таких образцах размеры поддерживающей (стальной) части должны быть возможно меньшими, чтобы сопротивление этой части меньше искажало величину предела усталости испы­ тываемого .мягкого металла или сплава. Испытания с такими образцами проводятся на обычных машинах и продолжаются или до полного усталостного излома образца, или до появления трещин на поверхности его, наблюдаемых визуально.

§11. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ (КЛАССИЧЕСКИЙ) МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА УСТАЛОСТИ МЕТАЛЛОВ.

ОБРАБОТКА э к с п е р и м е н т а л ь н ы х р е з у л ь т а т о в

Принятый в большинстве механических лабораторий метод экспериментального определения предела усталости металлов требует продолжительного времени. Например, для определения предела усталости при изгибе на машине, делающей до 3000 обо­ ротов в минуту, приходится тратить не менее 150 час., не считая времени, уходящего на установку испытываемых образцов в ма­ шину. Этим Продолжительным по времени экспериментальным методом является метод Вёлера, называемый иногда по причине своей распространенности и пока бесконкурентности классиче­ ским методом. Было много попыток применить для указанной цели более быстрые экспериментальные методы, но все они (они