2. Определение предела выносливости

Многие детали машин и механизмов в процессе эксплуатации подвергаются повторно-переменным (циклическим) напряжениям, что может вызвать образование трещин и разрушение даже при напряжениях ниже _0,2.

Разрушение металлов и сплавов в результате многократного повторно-переменного напряжения носит название усталости, а свойство металлов сопротивляться усталости называется выносливостью (ГОСТ 23207-78).

Природа усталостного разрушения заключается в следующем. Металлы, как известно, состоят из большого числа различно ориентированных зерен, которые вследствие анизотропии оказывают неодинаковое сопротивление действию внешних сил. Зерна, неблагоприятно расположенные по отношению к направлению действия внешних сил, оказываются слабыми, и пластичная деформация в них произойдет при напряжениях ниже предела текучести, в других же зернах приложенная нагрузка вызовет лишь упругую деформацию.

Многократная пластическая деформация при действии повторно-переменных нагрузок приводит к образованию микротрещины, которая, увеличиваясь, превращается в зону усталостного разрушения.

Исследования на усталость проводят для определения предела выносливости, под которым понимают максимальное напряжение цикла, которое выдерживает материал, не разрушаясь при достаточно большом числе повторно-переменных нагружений (циклов).

Предел выносливости при симметричном цикле обозначается _-1. Предел выносливости чаще определяют на вращающемся образце (гладком или с надрезом) с приложением изгибающей нагрузки по симметричному циклу.

Для этого используют не менее десяти образцов, каждый из которых испытывается до разрушения только на одном уровне напряжений.

По результатам испытаний отдельных образцов в координатах «напряжение-число циклов» строят кривую, по которой и определяют предел выносливости _-1 (рис. 21).

Для тех металлов и сплавов, у которых нет горизонтального участка выносливости, испытания, ограничивают определением «ограниченного предела выносливости», который для сталей равен 10 млн., а для цветных сплавов 100 млн. циклов.

Напряжение  / мм²

_-1

Рис. 21.Схема испытания и кривая выносливости

Порядок выполнения работы

1. Установить длину рабочей части и площадь поперечного сечения образца до испытания.

2. Провести испытания образца на растяжение с записью диаграммы.

3. По диаграмме растяжения определить предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности.

4. Определить относительное удлинение и сужение образца.

5. Провести испытания на ударную вязкость и определить ее значение.

Контрольные вопросы

1. Виды механических испытаний металлов.

2. Какие характеристики определяют при испытании на растяжении?

3. Что такое ударная вязкость?

4. Как проводятся испытания на ударную вязкость?

5. Что такое усталость, выносливость и предел выносливости металлов?

6. Как определяется предел выносливости?