Основные сведения. Известно, что около 20% деталей машин выходят из строя при напряжениях, много меньших предела прочности для данного материала

Известно, что около 20% деталей машин выходят из строя при напряжениях, много меньших предела прочности для данного материала. Причиной этого является усталость – состояние материала, при котором переменные напряжения вызывают прогрессирующее развитие трещин, приводящее к разрушению.

Способность материала сопротивляться разрушению при переменных напряжениях называется выносливостью. Наиболее неблагоприятным фактором, значительно уменьшающим выносливость, является концентрация больших местных напряжений, возникающих при резких изменениях сечений (галтели, отверстия, выточки, уступы и т.д.), неровностях и повреждениях поверхности (грубая обработка, царапины и т.д.), внутренние пороки (поры, шлаковые включения др.).

Наиболее просто осуществляются переменные напряжения симметричного цикла при изгибе вращающегося образца.

Испытание на усталость проводится на специальной машине МУИ-6000, которая позволяет создавать деформацию чистого изгиба с максимальным моментом 50 Н·м. Схема нагружения образца представлена на рисунок 23. Постоянная нагрузка Q вызывает во вращающемся образце симметричный цикл напряжений, наиболее опасный для детали.

Рисунок – 23 Схема нагружения образца при испытании на выносливость

При испытании на выносливость используются стандартные цилиндрические образцы по ГОСТ 25.502-79 диаметром 5-10 мм, при этом для получения достоверных результатов требуется испытать 6-12 одинаковых образцов.

Первый образец испытывают при наибольшем напряжении цикла для сталей σ _max = 0,6 · σ _в, для сплавов и цветных металлов σ _max = 0,4 · σ _в, фиксируя число циклов N, при котором образец был разрушен.

Для каждого последующего образца наибольшие напряжения уменьшают на 20... 40 МПа, при этом число циклов, необходимое для разрушения, увеличивается. В итоге находят так называемый предел выносливости – наибольшее напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в течение заданного числа циклов, называемого базой испытаний (для сталей база испытаний равна 10·10⁶ циклов, для цветных металлов – 100·10⁶ циклов).

Диаграмма, представленная в координатах σ _max - N_ц, называется кривой усталости (кривая Вёлера) и позволяет определить предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения σ_-1 (рисунок 24).

Рисунок – 24 Кривая усталости (кривая Вёлера)

Испытания на выносливость – очень длительные испытания и при проведении учебной лабораторной работы не всегда удается получить предел выносливости. Обычно ограничиваются определением разрушающего напряжения двух-трех образцов.

При тщательно проведенных испытаниях можно убедиться, что чем меньше σmax, тем большее число циклов нагружения выдерживает образец.