Agnieszka Rodziewicz

Inżynieria Materiałowa

Semestr 5

Badanie wytrzymałości zmęczeniowej metali.

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem zmęczenia materiału, wielkościami

opisującymi obciążenie i naprężenie cykliczne, z metodyka badań zmęczeniowych oraz z

urządzeniami do badan zmęczeniowych.

2.Definicje wielkosci charakterystycznych związanych z wytrzymałością zmęczeniową.

Główna przyczyna zmęczenia materiału są mikropęknięcia, które propagują i łączą się w grupy pod wpływem obciążenia zmiennego w czasie. W obszarze mikropęknięć powstaje lokalne spiętrzenie naprężeń, a po pewnym czasie propagacja i łączenie się mikropęknięć przenosi się do skali makro. Proces postępuje tak długo, aż osiągnięta zostanie pewna krytyczna długość pęknięcia, po której element konstrukcyjny ulegnie gwałtownemu zniszczeniu. Mikropęknięcia tworzą się najczęściej na powierzchni materiału, tzn. tam gdzie występują słabsze ziarna materiału.

3. Opis rodzajów cykli zmęczeniowych

1) cykl jednostronny dodatni, gdy: 0 < R < 1, 1 <
< +
(tzn. rozciąganie
max > 0,

min > 0,
m > 0),

2) cykl tętniący dodatni, gdy: R = 0,
= 1

3) cykl dwustronny dodatni, gdy: 1 < R < 0,
= 1 (tzn. rozciąganie (dominujące) i

ściskanie
max > 0,
min < 0,
max > |
min|,
m > 0),

4) cykl wahadłowy, gdy: R = 1,
= 0 (tzn. symetryczne rozciąganie i ściskanie,

max = +
a,
min = -
a,
m = 0),

5) cykl dwustronny ujemny, gdy: 
< R < 1, 1 <
< 0 (tzn. rozciąganie i ściskanie

(dominujące)
max > 0,
min < 0,
max < |
min|,
m < 0),

6) cykl tętniący ujemny, gdy: R = −
,
= 1

σ  m ),

7) cykl jednostronny ujemny, gdy: 1 < R < +
, 
<
< 1 (tzn. ściskanie
max < 0,

min < 0,
m < 0).

4.Złom zmęczeniowy

Możemy wyróżnić dwie strefy przełomu .

- strefa pierwsza nazywa się strefą zniszczenia zmęczeniowego. Ma ona często charakterystyczną gładka i błyszczącą (muszlowa) powierzchnie.

-strefa druga, bardziej gruboziarnista, powstaje nagle w ostatnim etapie pracy elementu konstrukcyjnego. Ta część przełomu nazywa się strefa doraźną.

5. Rysunki próbek do zmęczeniowej próby obrotowego zginania:

6.Wykres Wohlera

Na podstawie wykresu odczytuje sie wartość nieograniczonej wytrzymałości

zmęczeniowej, lub inaczej - rzeczywistej granicy zmęczenia Z

Wartość naprężenia Z wyznacza asymptota .. Jest to tak zwana wytrzymałość zmęczeniowa

ograniczona.

Na wykresie można wyróżnić trzy obszary:

-przedział właściwych przełomów zmeczeniowych (a),

-przedział przedwczesnych przełomów zmeczeniowych (b), nazywany również

zmęczeniem wysokocyklowym, gdy naprężenia sa na tyle małe, że można pominąć

odkształcenia plastyczne,

- przedział przełomów okresowego przeciążenia (c), inaczej zwane zmęczeniem

niskocyklowym

7. Opis sposobu tworzenia krzywej S−N,

Próbkę obciążoną statycznie wprawia się w ruch obrotowy. Wówczas górne włókna próbki poddane są ściskaniu, a dolne rozciąganiu. Przejście od rozciągania do ściskania odbywa się w trakcie jednego cyklu Minimalna ilość próbek wykorzystanych w trakcie badania powinna wynosić od 8 do 12 sztuk. Pierwsze przyłożone obciążenie powinno wywoływać naprężenia maksymalne poniżej wartości Rm. Kolejne próbki obciąża się tak, aby osiągnąć mniejsze wartości obciążenia maksymalnego przy jednoczesnym zwiększeniu ilości cykli do zniszczenia. Po przeprowadzonych próbach tworzony jest wykres .

8.Opis sposobu tworzenia wykresu Smitha

Wyniki pomiarów przeprowadzonych dla
m = const umożliwiają wyznaczenie wartości
min,
max (dla danego
m), przy których nie nastąpi zniszczenie próbki, a ich zestawienie można zaprezentować w postaci wykresu Smitha.Wykres wykonywany jest we współrzędnych
m,
max/min. Krzywe BA i AB wyznaczają odpowiednio maksymalna i minimalna wartość naprężenia zmiennego dla danej wartości
m.

9. Zjawiska wpływające na zmęczenie materiału.

-wpływ karbu

-wpływ działania środowiska korozyjnego

-wpływ skali

-wpływ krótkotrwałych przeciążeń

-wpływ stanu powierzchni

5

---