2.1.2. Прочность при динамическом нагружении

(испытания на ударную вязкость – на удар)

В процессе эксплуатации многие детали машин испытывают динамичес-кие (ударные) нагрузки. Для определения стойкости металла к удару и одновременной оценки его склонности к хрупкому разрушению проводят испытания на ударный изгиб. В результате определяют ударную вязкость– характе-ристику динамической прочности.

Для определения ударной вязкости применяют образцы с U- илиV-образным надрезом. Испытания проводят на маятниковом копре 1 (рис. 15, а). Маятник 2, падая с определенной высоты, разрушает образец 3, свободно установленный на двух опорах копра (рис. 15, б). Работа удараК(Дж или кгсм), затраченная на излом (разрушение) образца, фиксируется стрелкой на шкале копра. Ударная вязкость обозначается КС (прежнее обозначение –_н) и подсчитывается как отношение работы, затраченной на разрушение образцаК, к площади поперечного сечения образца в месте надрезаF. Например, 1 кгсм/см²= = 98 кДж/м².

КС(_н) =К/F. (3)

Если образец имеет U-образный надрез, то в обозначение ударной вяз-кости добавляется буква U (КСU), а еслиV-образный – букваV(КСV). Определение ударной вязкости является наиболее простым и показательным способом оценки сопротивляемости к хрупкости при работе в условиях низких температур, называемойхладноломкостью.

Практически хладноломкость определяют при испытании на удар серии образцов при нескольких понижающихся значениях температуры (от комнатной до минус 100С). Результаты испытаний наносят на график в координатах «ударная вязкость – температура испытания». Температура, при которой происходит падение ударной вязкости, называетсякритической температурой хрупкости, илипорогом хладноломкости. Порог хладноломкости – отрицательная температура, при которой металл переходит из вязкого состояния в хрупкое (рис. 16).

2.1.3. Прочность при циклическом нагружении (испытания на усталость)

Многие детали (валы, рессоры, рельсы, шестерни) в процессе работы подвергаются повторно-переменным нагрузкам. Разрушение таких деталей в эксплуатации происходит в результате циклического нагружения при напряжении, значительно меньшем, чем временное сопротивление металла. Процесс постепенного накопления напряжения в металле при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется уста-лостью. Свойство металла выдерживать большое число циклов переменных напряжений, т. е. противостоять усталости, называетсявыносливостью, илициклической (усталостной) прочностью.

Усталостная прочность– способность металла сопротивляться упругим и пластическим деформациям при переменных нагрузках, она характеризуется наибольшим напряжением_-1, которое выдерживает металл при бесконечно большом числе циклов нагружения не разрушаясь и называетсяпределом усталости, илипределом выносливости. Для оценки способности материала сопротивляться действию циклических напряжений и исследования различных стадий усталостного разрушения в технике широко используют кривые усталости (рис. 17), которые показывают связь между уровнем переменного напряженияи числом циклов до разрушенияN(кривые Велера).

Для углеродистой конструкционной стали предел усталости условно принимается равным (0,4 – 0,5)_в.

Значение предела выносливости зависит от целого ряда факторов: степени загрязненности металла неметаллическими включениями, макро- и микроструктуры металла, состояния поверхности, формы и размеров детали и др.

Важной характеристикой конструктивной прочности (надежности) металла является живучесть при циклическом нагружении.

Живучесть– это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины до полного разрушения, она измеряется числом циклов нагружения или скоростью развития трещины усталости при данном напряжении. Живучесть является самостоятельным свойством, которое не зависит от других свойств металла. Живучесть имеет важное значение для оценки работоспособности деталей, работа которых контролируется различными методами дефектоскопии. Чем меньше скорость развития трещины усталости, тем легче ее обнаружить.