Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

УСТАЛОСТНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ОБРАЗЦОВ И МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ КОЭФФИЦИЕНТА АСИММЕТРИИ ЦИКЛА НАГРУЖЕНИЯ

Клевцов Г.В. Фролова О.А. Клевцова Н.А.
Известно, что существенное влияние, как на скорость распространения усталостной трещины, так и на механизм усталостного разрушения металлических материалов, оказывает коэффициент асимметрии цикла нагружения R (R=cmm/amax). - К сожалению, в литературе крайне мало данных о влиянии сжимающих циклов нагружения на усталостную прочность и механизм разрушения конструкционных материалов. Это затрудняет наше представление о влиянии на вышеуказанные характеристики материала коэффициента асимметрии цикяла нагружения R в широком диапазоне значений от -оо до -оо.

Целью настоящей работы является изучение влияние коэффициента асимметрии цик­лов нагружения R в широком диапазоне значений на усталостную долговечность и механизм разрушения образцов из конструкционных материалов.

Материалы и методики исследования

В качестве исследуемых материалов использовали алюминиевый ковочный сплава АК6 (2,22 % Си; 0,3 % Zn; 0,6 % Mg; 0,7 % Fe; 0,9 % Si; 0,6 % Mn; 0,1 % Ni) и аустенитную сталь 110ПЗЛ (1,06 % С; 15,18 % Mn; 0,2 % Cr; 0,4 % Ni; 0,18 % Si; 0,10 % Cu).

Алюминиевый сплав АК6 использовали в состоянии поставки (горячекатанное состояние). Призматические образцы толщиной 1,210"2 м с V-образным концентратором на­пряжения изготавливали из плиты толщиной 210"2 м. Образцы из стали 110Г13Л толщиной 410"3 м с V-образным концентратором напряжения изготавливали из гомогенизированных при 1200 °С отливок и закаливали от 1100 °С в масле. После закалки данная сталь имела од­нофазную аустенитную структуру. Механические свойства сплава АК6 и стали 110Г13Л представлены в таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства сплава АК6 и стали 110Г13Л

Материал

ав, МПа

аО2, МПа

5,%

Ч, %

а.и МПа

АК6

420

300

12

40

-

попзл

820

380

40

45

185

Усталостные испытания консольно закрепленных образцов проводили на чистый из гиб по жесткой схеме нагружения при постоянном для каждого материала значении амплв туды деформации. Образцы из алюминиевого сплава АК6 нагружали с помощью возбудите ля перемещений ВП 20-00.00.00 при полностью растягивающем (R=0,5), симметричном (R -1), преимущественно сжимающих (R= -2; -3; -7; -19), отнулевом сжимающем (R= -да) и по ностью сжимающих (R=ll, 5) циклах нагружения. Образцы из стали 110Г13Л и пытывали на специально разработанной установке при полностью растягивающем (R= О, отнулевом (R= 0) и симметричном (R= -1) циклах нагружения (рис. 1 б). Все усталости испытания были проведены согласно рекомендаций РД 50-345-82 [4]. Полученные изломы исследовали методами макро- и микрофрактографического также рентгеноструктурного анализа. Длину усталостных зон на поверхности изломов измеряли штангенциркулем с точностью 10"4 м. Микрорельеф усталостных изломов изучал растровом микроскопе JSM-T20. О степени искаженности кристаллической структуры материала на поверхности изломов судили по ширине рентгеновской дифракционной линии (Ка. Съемку поверхности изломов проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2.0 согласно методике.

Полученные результаты и их обсуждение

Полученные результаты испытания на усталость образцов из сплава АК6 и стали 110Г13Л позволяют представить обобщенную схему влияния на долговечность образцов N коэффициента асимметрии цикла нагружения R во всем интервале значений от -оо до оо для случая постоянного значения размаха напряжений (или деформаций) цикла (Да = const).

Из данной схемы следует, что увеличение сжимающих напряжений оказывает на дол­говечность образцов N такое же влияние, как и увеличение растягивающих напряжений, т.е. снижают общую долговечность образцов.

Известно, что общая долговечность образцов до разрушения N включает в себя: ко­личество циклов нагружения до образования усталостной трещины и количество циклов на­гружения, затраченное на распространение трещины. Сопоставляя данные по долговечности образцов и длине усталостных зон на поверхности изломов, можно предположить, что ко­эффициент асимметрии цикла нагружения R, в данном случае, оказал влияние на стадию распространения усталостной трещины. Однако это не значит, что коэффициента R не ока­зывает влияния и на стадию зарождения усталостной трещины.

Результаты исследования влияния коэффициента асимметрии цикла нагружения R на микрофрактографические особенности строения усталостных изломов образцов из сплава АК6 показали, что при изменении цикла нагружения образцов из сплава АК6 от сжимающе­го (R= -19) к симметричному (R= -1) и растягивающему (R= 0,5) циклу в микрорельефе зоны стабильного роста трещины ls и в зоне ускоренного развития трещины 1Г начинает преобла­дать вязкая составляющая. Микрорельеф зоны долома практически не зависит от асиммет­рии цикла нагружения образцов.

С результатами микрофрактографического анализа хорошо согласуются данные рентгеноструктурного анализа изломов. Увеличение степени искаженности кристаллической структуры материала на поверхности зоны ls при R= 0,5 связано с большими растягивающи­ми напряжениями, и, как следствие, с вязким характером разрушения. Высокая степень ис­каженности кристаллической структуры материала в данной зоне при больших сжимающих напряжениях (R= -19) связана, по-видимому, с дополнительным наклепом материала на по­верхности изломов от сжимающих напряжений уже после прохождения трещины.

Выводы:

  1. На основании результатов усталостных испытаний образцов из алюминиевого сплава АК6 и стали 110Г13Л предложена обобщенная схема влияния на долговечность образцов N коэффициента асимметрии цикла нагружения R во всем интервале значений от -оо ДО оо.
  2. Увеличение сжимающих напряжений оказывает на долговечность образцов N такое же влияние, как и увеличение растягивающих напряжений, т.е. снижают общую долговечность образцов.
  3. Характер изменения длины зоны стабильного роста трещины ls и зоны усталостного развития трещины If на поверхности изломов образцов из сплава АК6 и стали 110Г13Л в зависимости от R аналогичен характеру изменения общей долговечности образцов N.
  4. При изменении коэффициента асимметрии цикла нагружения R образцов из сплава АК6 от -19 до 0,5, в микрорельефе зоны стабильного роста трещины ls и в зоне ускоренного развития трещины 1Г начинает преобладать вязкая составляющая. Микрорельеф зоны долома практически не зависит от асимметрии цикла нагружения образцов.
  5. Степень искаженности кристаллической структуры сплава АК6 в зоне lS;onpeделенная по ширине рентгеновской дифракционной линии, с увеличением коэффициента асимметрии циклов нагружения R от -19 до -1 уменьшается, достигая минимального значения при симметричном цикле (R= -1). При R= 0,5 степень искаженности кристаллической структуры вновь увеличивается.

Библиографическая ссылка

Клевцов Г.В., Фролова О.А., Клевцова Н.А. УСТАЛОСТНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ОБРАЗЦОВ И МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ КОЭФФИЦИЕНТА АСИММЕТРИИ ЦИКЛА НАГРУЖЕНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2005. – № 9. – С. 74-76;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=9205 (дата обращения: 23.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074