4 Этапы развития усталостного разрушения | MachineMFG

4 Этапы развития усталостного разрушения

4
(1)

Для детали с начальной трещиной размером a0 при статических нагрузках, пока рабочее напряжение (σ) меньше критического напряжения (σc), деталь будет безопасно и надежно работать при статическом уровне напряжения. Хрупкое разрушение произойдет только в том случае, если σ=σc или K1=K1c.

Однако если деталь испытывает переменные напряжения со значением σ<σc, то под воздействием переменных напряжений начальная трещина a0 будет постепенно увеличиваться в размерах. Когда она достигнет критического размера a=ac, деталь станет нестабильной и будет повреждена.

Процесс роста начального размера трещины a0 до критического размера ac называется подкритическим ростом усталостной трещины или стадией остаточного ресурса макротрещины a0, как показано на рис. 1.

Рис. 1

Общий усталостный ресурс (N) материала состоит из двух стадий: ресурс зарождения (Ni) и ресурс распространения (Np) от роста трещины до разрушения.

Процесс усталостное разрушение Это сложный процесс, на который влияет множество факторов, но в целом его можно разделить на четыре стадии, основанные на развитии трещин:

N = Ni + Np

1. Стадия зарождения трещины

Когда деталь подвергается переменным нагрузкам и не имеет трещин или дефектов, даже если номинальное напряжение ниже предела текучести материала, поверхность детали все равно может испытывать проскальзывание в локальных областях из-за неровности материала.

Это происходит потому, что поверхность детали находится в состоянии плоского напряжения, что делает ее восприимчивой к скольжению без пластической деформации. Со временем повторяющиеся циклические процессы скольжения приводят к образованию полос скольжения при выдавливании металла и экструзии, создавая зародыш микротрещин.

2. Стадия распространения микротрещины

После образования зародыша трещины микротрещина распространяется вдоль поверхности скольжения под углом 45° под действием главного напряжения.

На этом этапе глубина трещины в поверхность очень мала, всего около десяти микрон, а вдоль полосы скольжения имеется множество трещин, как показано на рис. 2.

Это начальная стадия роста трещины.

3. Стадия роста макротрещины

На этом этапе происходит переход от микротрещин к макротрещинам.

Скорость роста трещины увеличивается, а направление роста перпендикулярно растягивающему напряжению, при этом растет одна трещина.

Принято считать, что длина трещины в диапазоне от 0,01 мм до ac представляет собой стадию роста макротрещины, также известную как вторая стадия роста трещины.

4. Конечная стадия разрушения

Как только размер трещины достигнет критического размера ac, произойдет распространение нестабильности и быстрое разрушение.

Это типичный процесс усталостного разрушения для деталей с гладкой поверхностью и без начальных трещин.

Для высокопрочных материалов, благодаря их высокой предел текучестиПри высокой чувствительности к надрезам и наличии внутренних включений и твердых частиц трещины часто образуются непосредственно в местах концентрации макронапряжений и сначала трескаются вдоль включений и границы раздела матрицы, начиная стадию стабильного роста макротрещины, а не наклонную стадию роста микротрещины.

Стадия роста макротрещины является наиболее значимой для анализа усталости с точки зрения механика разрушения.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 4 / 5. Количество оценок: 1

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх