Влияние частоты нагружения на усталость конструкционных материалов

Abstract

Выполнены испытания на усталость конструкционных сталей и титанового сплава при различных частотах циклического нагружения, в результате которых выявлены закономерности изменения показателей сопротивления усталости и стабильности поведения испытанных материалов. Изменение частоты циклического нагружения влияет на продолжительность разового (в течение одного цикла) пребывания материала в нагруженном состоянии, что ска-зывается на его долговечности. Помимо этого, с ростом частоты циклов нагрузки скорость деформирования возрас-тает, а время нарастания напряжения уменьшается, одновременно увеличиваются искажения кристаллической ре-шетки за счет сокращения времени развития процесса разупрочнения. Данный процесс сопровождается ростом ин-тенсивности дробления зерен на фрагменты и блоки и их разориентировкой. Испытания на циклическую прочность образцов исследуемых материалов проводили при различных частотах и комнатной температуре по следующим схе-мам нагружения: консольный циклический поперечный изгиб плоского образца; консольный изгиб с вращением ци-линдрического образца; осевое растяжение по пульсирующему циклу. Для анализа и оценки работоспособности и стабильности испытанных материалов применяли количественные оценки показателя сопротивления усталости в виде тангенса наклона левой ветви кривой усталости к оси циклов. Для обработки полученных результатов вос-пользовались методами математической статистики. Графические зависимости кривых усталости строили в логариф-мических координатах, что позволило получить спрямление аппроксимирующих линий экспериментальных данных. В ходе исследований установлено: частота нагружения имеет неоднозначное влияние на сопротивление усталости из-за различий материалов в своей реакции на изменение спектра нагрузок в разных зонах усталостного процесса, но при этом обнаружено, что повышение усталостной прочности приводит к уменьшению наклона кривой усталости независимо от снижения или увеличения частоты нагрузки. Предложен новый подход к оценке циклической прочно-сти и долговечности материалов, который включает в себя систему параметров из относительного коэффициента ограниченной выносливости, коэффициента корреляции и тангенса наклона кривой усталости. Обозначена динамика поведения реальных деталей машин и конструкций, изготовленных из этих сплавов, в условиях эксплуатации.