4 �dania zmęczeniowe metali0

•• - *

:V . • .j

4= BADANIA ZMĘCZENIOWE METALI ' \ f;

■ • • " j . V •

4.1. Pojęcia podstawowe •■ - ł

4.1.1. Wprowadzenie . V

Elementy maszyn i konstrukcji nośnych, podlegające działaniu obciążeń zmiennych,-^ mogą, po pewnym czasie użytkowania ulec zniszczeniu. Najprostszym i najbardziej jed*_;noznacznym przykładem jest złom, czyli utrata spójności materiału danego elementuv w skali makroskopowej. Za zniszczenie elementu można uznać również pojawienie filęj,;-pęknięć albo takie zmiany właściwości materiału lub'geometrii elementu, któro uniemożliwiają dalsze jego użytkowanie jj^aiteicZącec&ąproĆćśu zmęczenia jest Istotne ■■ zmniejszenie się wytrzymałości materiału W tym prbćesie w stosunku do'przypadków • obciążeń statycznych. [Podczas działania, obciążeń zmiennych zniszczenie elementu . może nastąpić przy naprężeniach maksymalnych dużo mniejszych nie ty lkdjłiLffianicyj -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, jaki ich stopów. ' * •.

' ■ - • ■/ 4.1.2, Mechanizm zniszczenia • . * • , . V*

t * ' £

Zniszczehie elementu konstrukcji obciążonego zmiennym polem śłł Jest poprze* dzone zmianami w strukturze materiału tego elemfcntu. Żmiflhy W słhikttirzó metali występują dużo wcześniej niż.pierWSźfl pęknięcia zmęczetiiOWU i Są.zWi^ailó 2 mU.-: kroqdkształceniami plastycznymi. Najbardziej charakterystycznym rodzajem tych ; zmian są linie poślizgu, które powstają już w początkowym. okrtSiB proóiSU bbciąŻa^ nią Proces ten można podzielić na Wiki etapów, W pierwszym etapie pbwśtają (w niektórych ziarnach lub ich częściach) oddzielne linie poślizgu, których lieżbi zwiększa się z czasem trwania prdcestl obciążania. W drugirn 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 złomn zmęczeniowego. .

W przełomach zmęczeniowych wyróżnia się dwie strefy o różnym wyglądzie. Pierwsza strefa, zwana strefą złomu zmęczeniowego, ma zazwyczaj wygładzoną powierzchnię, cżęsto błyszczącą i bardziej drobnoziarnistą. Przyczyną takiego wyglądu tej strefy jest wzajemne naciskanie się powierzchni pęknięcia zmęczeniowego. Druga strefą zwana strefą złomu resztkowego (złomu ąiiasi-doraźnego), ma wyraźną strukturę ziemistą i powstaje nagie 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-Wtńytióych przy obciążeniach statycznych.

4.13. Naprężenia

V tego;Vii.bdjtórtoŚfi materiału-ria działanie fych^hapręteft staje się mniejsza od jego ^StafyćZddj’^ Wytrzymałości, może byó" rozmaity: Rozważmy tu jedynie przypadek fi ńęjptdStfiZyi W idófyfń naprętenla zmieniają się sinuspjdainie (rys. 4.iy od wartości rttińfiikliiiy oa* db'maksymalnej fftm. Dla takiego ćyjclu określamy naprężenie śred-ż] nie Ął [ amplitudę a_a stosując oznaczenia.według PNi7^/H-04325:

ais.'

(4.1)

(4.2)

“Cr_

oraz współczynnik stałości obciążenia H i współczynn i kasy metri i cyklu R:

Rys. 4.1. Sinusoidalny przebieg naprężeń zmęczeniowych