Робота металу під навантаженням (2) - Сторінка 13
Так як в пружній та пружнопластичній стадіях роботи сталь поводиться при розтягуванні та стисканні однаково, то відповідні характеристики приймаються також однаковими.
Підвищена здатність при стисканні деяких зразків в області само зміцнення використовується при роботі сталі на зминання.
При роботі матеріалу в пружній стадії повторне завантаження не відбивається на роботі, оскільки пружні деформації є оборотними.
При повторному навантаженні металу в пружнопластичній ділянці виникає наклеп. Збільшується область пружної роботи, а пластичність падає. Сталь стає більш крихкою.
Багаторазове повторне навантаження може призвести до руйнування при менших напругах, ніж тимчасовий опір і навіть межа плинності. Це називаєтьсявтомою металу, а руйнування – втомним.
Здатність металу чинити опір втомному руйнуванню називаєтьсявитривалістю,а напруги, при яких відбувається руйнування -вібраційною міцністюƠвб.
Втомне руйнування відбувається внаслідок накопичення числа дислокацій при кожному завантаженні та концентрації їх біля стиків зерен з подальшим скупченням у великі групи, що призводить до розпушування металу в цьому місці та утворення тріщин, що розвиваються, призводять до розриву. При кожному навантаженні деформації у пошкодженому місці наростають. Лінії розвантаження не збігаються з лініями навантаження, утворюючи петлі гістерези (див. рис.1.2,в). Площа петлі характеризує енергію, витрачену при кожному циклі навантаження на освіту нових недосконалостей в атомній структурі та дислокацій там, де утворюються тріщини, метал як би перетирається, утворюючи гладкі пошарпані поверхні, потім тріщина швидко розвивається і відбувається розрив.
Вібраційна міцність залежить від числа циклів завантаження (рис.1.6.) та виду завантаження.
При великій кількості циклів крива вібраційної міцності (крива Вел Лера) асиметрично наближається до певної межі, яка називається межею витривалості (втоми). Зазвичай проводять 2х106 циклів навантаження, щоб визначити витривалість, так як менша кількість циклів мало відрізняється від межі втоми.
Алюмінієві сплави немає межі втоми, та його вібраційна міцність зі збільшенням числа циклів постійно знижується (див. рис.1.6).
Великий вплив на втомну міцність надає концентрація напруг. Так при круглому отворі (крива 3, рис. 1.7) межа пружності знижується в 14 рази, а при гострому концентраторі (крива 7) біля початку флангового шва - в 35 рази.
Застосування високоміцних сталей у конструкціях, що піддаються багаторазовому впливу повторних навантажень, який завжди виправдовується з економічних міркувань.
Значне зниження втомної міцності спостерігається навіть при необроблених після вогневого різання або гільйотинних ножиць кромок деталей. Тому кромки слід обробляти механічним способом.
Особливо чутливі до концентрації напруг стали підвищеної та високої міцності.
Підвищити втомну міцність конструкції можна шляхом зниження концентрації напруг (механічна обробка кромок, зачистка швів, забезпечення плавної зміни перерізу і т. д.), створення в місцях концентрації напруг стиснення, наприклад, за допомогою нагрівання місць концентрації, попередньою витяжкою конструкцій, обкатуванням підкранових балок кранами з допустимим навантаженням і т. д.
Рис.1.6. Залежність вібраційної міцності від числа циклівдля сталі (1) та алюмінієвих сплавів (2)
Рис.1.7. Залежність межі втоми
1 – сталь С255 з необробленою поверхнею, переважає розтяг; 2 – те саме, переважає стиск; 3 – сталь С255, полиця з отвором (переважає ростя-
жіння); 4 – сталь С235 з необробленою поверхнею, переважає розтяг;
5 – сталь С255, основний метал біля зварного необробленого з'єднання
встик; 6 – те саме, для сталі С345; 7 – сталь З 255, основний метал біля початку флангового шва; 8 - те ж, сталь С345