Определение предела усталости и образцы для испытания

При расчете деталей оборудования и конструкций , подвергающихся действию переменных напряжений, основной характеристикой прочности материала является предел усталости (выносливости). Данный показатель механических свойств является основным, как при конструировании машин, так и в процессе их эксплуатации (при усовершенствовании агрегатов, при анализе аварий и т.п.). В задачу испытания металлов на усталость входит определение пределов усталости выявление влияния на их величину ряда факторов.

Хотя для конструкторов , технологов и ремонтников знание предела усталости при различных видах знакопеременных нагрузок ( изгиб, кручение, растяжение, сжатие) и имеет большое значение, тем не менее наибольшее распространение получил только метод определения предела усталости изгибающей нагрузкой, так как он наиболее прост в отношении применяемых испытательных машин. Метод этого испытания рекомендуется ГОСТ « Метод определения предела выносливости (усталости).

Согласно ГОСТ, испытание производят при симметричном цикле , как наиболее опасно, и вследствие этого представляющем наибольшее практическое значение.

При определении предела усталости испытывается не менее шести образцов, которые должны быть изготовлены по форме и с соблюдением размеров, указанных в ГОСТ.

Схема одного из распространённых методов испытаний показана на рисунке. Как видно из рисунка, образец имеет головку, служащую для закрепления одного конца образца в патроне испытательной машины. На другой конец надевают шарикоподшипник, к которому с помощью подвесок подвешивают грузы, создающие изгибающий момент.

Форма и размеры одного из стандартных образцов для испытания на усталость показаны на рисунке. Образец может быть изготовлен как без надреза ,так и с надрезом, в зависимости от целей испытания. Особенно тщательно должен быть сделан переход от утолщенной головки к рабочей части образца, так как незначительные неровности или отступления от размеров могут исказить результаты испытаний.

Образцы должны быть шлифованными. Припуск на шлифовку принимается равным: 0,3 мм от закаленных и 0,5 мм – для нормализованных образцов. Отклонение от заданного диаметра образцов не должно превышать 0,1 мм. Конусность образца (уменьшение диаметра рабочей части от галтели к середине) должна быть не более 0,005 мм.

Опытами установлено, что если стальной образец не разрушился после перенесенных им 10 млн. циклов, то он может без разрушения перенести и большее количество циклов. Образец же из цветных металлов после 10 млн. циклов может сломаться при той же нагрузке при большем числе циклов.

По ГОСТ рекомендуется определять предел усталости стальных образцов на базе 5 млн. циклов, а легких литейных сплавов – на базе 20 млн. циклов. При том для сталей, вновь применяемых или предназначенных для изготовления деталей, длительность работы которых в условиях эксплуатации может значительно превышать 5 млн. циклов, база испытаний может быть увеличена до 10 млн. циклов.

Для испытания изгибающей нагрузкой методом вращения образцов, закрепленных одним концом, имеется ряд машин, которые различаются межу собой устройством для крепления образов, способом нагружения и т.п. Число оборотов этих машин 2800-3000 в минуту. Одной из распространённых, серийно изготовляемой машиной, является машина типа УКИ-10. Конструкцией ее предусматриваться немедленное прекращение вращения шпинделя при разрушении образца, что одновременно отмечается зажиганием сигнальной лампочки.

На основании большого числа испытаний сталей установлены следующие приближенные зависимости между пределом усталости при изгибе и переделами усталости при других видах деформации:

σ_-1^р=0,7 * σ_-1^И

τ_-1^Кр=0,58 * σ_-1^И

Где σ_-1^И – предел усталости на изгиб при симметричном цикле, кГ/мм²;

σ_-1^р-предел усталости на растяжение при симметричном цикле, кГ/мм²;

τ_-1^Кр-предел усталости на кручение при симметричном цикле, кГ/мм²;

Для приближении оценки пределов усталости сталей и чугунов можно пользоваться диаграммами, а также таблицей .