Усталость металла

Усталостью металла называется явление разрушения его под действием многократно повторенной (несколько сот тысяч раз) знакопеременной или просто переменной нагрузки при значениях напряжений ниже предела прочности (например, разрушение проволоки при многократных перегибах). Способность металла сопротивляться такому разрушению называется выносливостью, а напряжение, при котором металл разрушается, называется его вибрационной прочностью σвб.


Кривая вибрационной прочности

Кривая вибрационной прочности

Кривая вибрационной прочности для стали марки Ст. 3 при
симметричных циклах (n — число колебаний в цикле).


На фигуре показана кривая вибрационной прочности для стали марки Ст. 3 при симметричных знакопеременных циклах нагрузки в зависимости от числа циклов. При большом количестве циклов кривая вибрационной прочности асимптотически приближается к некоторому пределу, называемому пределом выносливости (усталости).

Его величина σпвб близка к значению

Формула

На вибрационную прочность материала сильно влияют надрезы, резкие изменения сечений и другие факторы, создающие многоосное напряженное состояние.

При разрушении стали от усталости получается хрупкий излом. Это позволяет предполагать, что разрушение может начаться с появления каких-нибудь микротрещин, около которых концентрируются местные напряжения. По мере увеличения циклов переменных нагрузок эти трещины развиваются, способствуя хрупкому излому.

Наши нормы и технические условия предписывают в ряде случаев снижать расчетные сопротивления при расчете конструкций и соединений, испытывающих переменную или вибрационную нагрузки, введением коэффициента γ < 1 (смотрите Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения).

Испытание стали на ударную вязкость

Учитывая вредное влияние хрупкости в сталях, способствующее неожиданному появлению трещин, необходимо иметь возможность сравнительной оценки, позволяющей судить о сопротивляемости сталей переходу в хрупкое состояние.

Такой оценкой может служить сопротивляемость стали удару. Однако вследствие технических трудностей определения усилий, возникающих при ударе, за меру прочности стали при ударной нагрузке принимают не разрушающее усилие или напряжение, а величину работы, идущей на разрушение образца.

Удельная работа, т. е. работа, затраченная на ударное разрушение стандартного образца с надрезом, отнесенная к поперечному сечению (в килограмметрах на 1 см2), называется ударной вязкостью. В пластических сталях вязкость характеризует работу, поглощенную единицей объема материала при пластической деформации. Ударная вязкость это характеристика сравнительная.


Испытание стали на ударную вязкость

Испытание стали на ударную вязкость

Испытание стали на ударную вязкость
— сталь марки Ст. 3;
—∙— металл, наплавленный электродами Э42;
— — то же, электродами Э34.


Малоуглеродистые стали при нормальной температуре имеют ударную вязкость αk = 7 — 10 кгм/см2. Зависимость ударной вязкости от температуры показана на фигуре.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Неравномерное распределение напряжений

Выше рассматривалась работа гладких образцов правильной формы, где напряжения во всех сечениях, удаленных от места приложения нагрузки, распределялись равномерно. Проводя траектории равных напряжений, получим прямолинейный силовой поток внутри образца (фигура Траектории напряжений (К — коэффициент концентрации), а), определяющий линейное одноосное напряженное состояние. Если в плоском образце сделать отверстие или надрезы с боков (фигура Траектории напряжений…

Влияние температуры

Механические свойства малоуглеродистой стали при нагревании ее до температуры t = 200 — 250° сравнительно мало меняются, но уже при 300 — 330° сталь в изломе получает крупнозернистое строение и становится более хрупкой (синеломкость). При этой температуре не рекомендуется деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям. При дальнейшем возрастании температуры это свойство пропадает, но начинается…

Наклеп

Если сталь подвергнуть растяжению до пластического состояния и затем разгрузить, то появится остаточная деформация (фигура Диаграмма растяжения (А — остаточная деформация), б). При повторном нагружении образца после некоторого «отдыха»1 материала сталь опять начинает работать упруго, повторяя прямую разгрузки, и дальше ее работа идет по нормальному пути диаграммы однократного растяжения. То же самое будет и в…