4 �dania zmęczeniowe metali0

4o BADANIA ZMĘCZENIOWE METALI

. . . . - /

4.1. Pojęcia podstawowe

4.1.1. Wprowadzenie

Elementy maszyn i konstrukcji nożnych* podlegające działaniu obciążeń zmiennych, mogą. po pewnym czasie użytkowania ulec zniszczeniu. Najprostszym i najbardziej jędr no znacznym przykładem jest złom, czyli utrata spójności materiału danego elementu £ ; w skali makroskopowej. Za zniszczenie elementu można uznać równjeż pojawienie alę'.-pęknięć albo takie zmiany właściwości materiału lub geometrii elementu, któro urtló^Ł i możliwiąją dalsze jego użytkowamoJj^adnicĄtechąproĆĆśu zmęczenia'jest istotne' •/. zmniejszenie się wytrzymałości materiału W tym próćesie w 'stosunku doprzypadków-obciążeń statycznych. [Podczas działania obciążeń zmiennych zniszczenie elementu :. może nastąpić przy naprężeniach maksymalnych dużo mniejszych nie tylkejttLgranScy⁵ • plastyczności, lecz i od granicy sprężystości materiału wyznaczonej w Statycznej próbie rozciągania. Takie zjawisko nązywamy zmęczeniem materiału. Niniejszy rozdział jest:, poświęcony zmęczeniu metali, zarówno czystych, jak i ich stopów.    ‘    * •.

4.1.2, Mechanizm zniszczenia    : .    'v*

• . t    * •    i

Zniszczenie elementu konstrukcji obciążonego zmiennym polem Sił jest poprze* dzone zmianami w strukturze materiału tego ClerribntU; Żmiahy W słfuktUrźó metali występują dużo wcześniej niż.pierwsze pęknięcia żinęczełuowa i Ą.zwiljjżafló ż nd*:.' kroqdkształceniami plastycznymi. Najbardziej charakterystycznym rodzajem tych,; zmian są linie poślizgu, które powstają jUż w początkowym okrtSie procśśił Obciąża* nią Proces ten można podzielić na kilka etapów, pierwszym etapić pbwstają (w niektórych ziarnach lub ich częściach) oddzielne linie pośliżgu, których lieżbi zwiększa się z czasem trwania prdcestt obciążania. W drugim etapie obserwuje się.-natomiast łączenie się poszczególnych linii W pasma poślizgu. W dalszych etapach tworzą się pęknięcia mikroskopowe, których rozwój prowadzi W końcowym etapie dó

zniszczenia elementu (do złomu). *    '    -    •

Pęknięcia zmęczeniowe powstają zwykle w miejscach koncentracji naprężeń spo* wodowanych obecnością karbów technologicznych, lokalnych Wad materiałowych itp, Miejsca te określa się jako ogniska złomu zmęczeniowego.    .

W p rado mach zmęczeniowych wyróżnia się dwio strefy o różnym wyglądzie. Pierwsza strefa, zwana strefą złomu zmęczeniowego, ma zazwyczaj wygładzoną powierzchnię, często błyszczącą i bardziej drobnoziarnistą Przyczyną takiego wyglądu tej strefy jest wzajemne naciskanie się powierzchni pęknięcia zmęczeniowego. Druga strefą zwana strefą złomu resztkowego (domu ąuasi-doraźnego), ma wyraźną strukturę ziarnistą i powstaje nagle w ostatnim okresie pracy elementu. Cechą charakterystyczną złomu zmęczeniowego jest brak wyraźnych-odkształceń plastycznych na przełomie, nawet w przypadku-metali o dobrych właściwościach plastycznych obser-;_:WOWańych przy obciążeniach statycznych.

4.13. Naprężenia

do

S<

tego. ii odpórrtoŚć matBrlału na działanie tych" naprężeń staje się mniejsza od jego „statycznej? Wytrzymałości, może być'roznikify. Roąważmy tu jedynie przypadek ńąjpWstŚzy* W któfyfń ńaprężenla zmieniają się sinusoidalnie (rys. 4.iy od wartości oi^is do'maksymalnej Bia*. Dla takiego ćyjchi określamy naprężenie śred

W

nie i&iwńpi^ tr„ stosując oznaczenia według PNi7f>/H-04325:

o _ =-

+<X,

(4.1)

0™ -cr„

(4.2)

oraz współczynnik stałości obciążenia H i współczynnik'asymetrii cyklu R:

» "•*

Rys. 4.1. Sinusoidalny przebieg naprężeń zmęczeniowych