Bez nazwy"

38

&K = K_m„-K_mm= -<x_mm )^d~ Y=2a_a -JnT Y.    (3.10)

W układzie podwójnie logarytmicznym zależność ta została przedstawiona na rysunku 3.10. W środkowym zakresie można jąopisać prawem Parisa

(3.11)

gdzie: C i n - stałe.

Kę log AK

zmęczeniowego od AŻC

Ze wzoru (3.10) wynika, że przy stałym obciążeniu ze wzrostem długości szczeliny zwiększa się zakres współczynnika intensywności naprężeń &X, a to powoduje zwiększenie prędkości pękania (3.11). W początkowym okresie pękanie może zachodzić z prędkością rzędu setnych części mikrometra na cykl. Jak wykazały badania, w końcowej fazie, gdy maksymalna wartość współczynnika intensywności naprężeń w cyklu zbliża się do wartości krytycznej Aj_c, zwanej odpornością na pękanie.

Rys. 3.10. Zależność prędkości pękania prędkość pękania jest z reguły większa niż

wynikałoby to z prawa Parisa. Gdy K\ osiągnie K_ic, następuje całkowity złom

(zerwanie, dolamanie niepękniętej dotąd części przekroju).

W wyniku takiego pękania powstaje charakterystyczny przełom zmęczeniowy, cechujący się dwiema strefami. Pierwsza strefa - gładka, to strefa stopniowego, cykl po cyklu, wzrostu pęknięcia, druga, z reguły o większej chropowatości, to strefa przełomu resztkowego, powstałego w czasie dołamania.

W pierwszej strefie nie widać żadnych śladów makroodkształceń plastycznych, jej wygląd jest charakterystyczny tylko dla pękania zmęczeniowego; przełom resztkowy ma wygląd przełomu kruchego, jednak w wypadku materiałów bardzo plastycznych występują tu ślady makroodkształceń plastycznych.

Pękanie zmęczeniowe rozpoczyna się od ogniska, z reguły od powierzchni detalu w miejscach spiętrzonych przez karby konstrukcyjne naprężeń czy też lokalne nieciągłości. Strefa przy ognisku, gdzie pękanie zachodzi z najmniejszą prędkością, charakteryzuje się największą gładkością. Na przełomach zmęczeniowych powstałych w warunkach eksploatacji często widać łukowate linie, zwane liniami przestankowymi, nadające przełomowi muszlowaty wygląd. Linie te to ślady zmian kierunku pękania, związane ze zmianami obciążeń występujących w czasie eksploatacji, a także korozją powstającą podczas przerw w pracy. Na przełomach próbek pracujących przy obciążeniu zmęczeniowym o stałych parametrach linie przestankowe nie występują.

Dla przełomów rozwijających się od kilku ognisk charakterystyczny jest gwiaździsty układ linii uskoków, powstałych w wyniku łączenia się pęknięć zachodzących początkowo w różnych płaszczyznach.

W trakcie mikroskopowych obserwacji przełomów zmęczeniowych widoczne są prążki, będące śladami frontu pękania postępującego skokowo w każdym cyklu.

Stwierdzono doświadczalnie, że szczególnie w konstrukcjach z materiałów plastycznych mogą występować drobne pęknięcia (rzędu milimetra), których rozmiary nie zwiększają się nawet po bardzo dużej liczbie cykli zmian naprężeń. Świadczy to, że w zakresie małych prawo Parisa nie obowiązuje, że istnieje progowa wartość współczynnika intensywności naprężeń Xj_lh, poniżej której wzrost pęknięcia nie następuje. Objawia się to występowaniem trwalej wytrzymałości zmęczeniowej elementów z drobnymi pęknięciami zainicjowanymi w trakcie procesów technologicznych przez naprężenia przekraczające trwałą wytrzymałość zmęczeniową przy stałej amplitudzie zmian naprężeń.

3.6. Czynniki wpływające na zmęczenie materiałów 3.6.1. Lista czynników

Lista czynników wpływających w istotny sposób na proces zmęczenia jest bardzo długa. Można tu wydzielić czynniki wpływające na stan naprężeń i na właściwości materiału. Do pierwszej grupy należy zaliczyć takie czynniki, jak:

-    rodzaj obciążenia (rozciąganie, ściskanie, zginanie, skręcanie, złożony stan naprężenia...).

-    widmo obciążeń (amplituda naprężeń, średnie naprężenie, stopień wypełnienia widma...),

-    geometria konstrukcji (kształt, głębokość, ostrość karbu, wielkość, krotność statycznej niewyznaczalności...),

-    naprężenia własne (wartość, rozkład...).

W drugiej grupie należy wymienić takie czynniki, jak: temperatura, częstotliwość, skład chemiczny, struktura (wielkość ziarna, tekstura), chropowatość powierzchni, pokrycia powierzchni warstwami metalicznymi i niemetalicznymi, smarami, środowisko (obojętne, agresywne, próżnia).

3.6.2. Wpływ karbu

Wytrzymałość zmęczeniowa jest silnie zmniejszana przez karby występujące w konstrukcji, znacznie silniej niż wytrzymałość statyczna.