а < а0 2 ниже предела текучести. (Для усталостного
разрушения сталей с углеродистым мартенситом - 30ХГСН2А, ВКС8, ВКС9 -
достаточно напряжения всего в (0,45...0,49)а0 2) [10, 11].
Трещина зарождается в месте
поверхностной перегрузки — от микропластических сдвигов близ царапин,
рисок, надрезов. От разности сдвигов, совпадающих при нагружении и
разгрузке не полностью, на поверхности металла появляется щель (или
выступ) размерами в доли микрометра. Для одной из многих щелей случайные
сдвиги за множество циклов нагружения сложатся так, что размер ее
станет макроскопическим — появится трещина.
Далее тот же процесс повторяется
уже в зоне перегрузки на кромке трещины. Перегрузку описывает
интенсивность напряжений К{ -
aVT, а цикл нагружения — размах интенсивности напряжений АК^
= (А']тах- А",™1). После N циклов
средний прирост трещины за один цикл (AL/AN)
=
= (0,01...100) мкм. Чем больше ДАГТ, тем больше прирост трещины за
цикл: (AL/AN) =
С(АК1)т (закон Париса), где измеренные
т - 2...6. Поскольку ~ Cn/Z, при постоянном номинальном
напряжении а усталостная трещина по мере роста
самоускоряется.
Например, если m = 2, то
уравнение роста (dL/dN) ~
Ca2L и тогда L ~ exp(Co27V), —
т. е. с числом циклов TV длина
трещины нарастает экспоненциально. (А в показателе экспоненты —
приложенное напряжение в квадрате!). Когда трещина достигает
критического для данного напряжения а размера
LKp
=
(Klc/o)2/M,
образец разрушается мгновенно (разница в рельефе «усталостной»
части излома — в виде серии бороздок как «годичных колец» на пне — и
«хрупкого долома» видна и невооруженным глазом). Заметим, что число
циклов до разрушения N ~ 1п(АГ1с) зависит не
только от темпа роста трещины, но и от «статической» вязкости
разрушения: чем больше К1с, тем при большей
площади трещины образец еще держит нагрузку.
Прогноз сложен потому, что темп
(AL/AN)
зависит еще и от асимметрии цикла R = о"т|п/атах: при
одинаковом АК^ можно испытывать по симметричному циклу
R =-1; (amin =
-о"тах), или только разгружая «до нуля» (R = 0;
omin = 0), или не полностью (Q<R
< 1).
В разных условиях работы обратная деформация у вершины трещины разная
-разное и накопление повреждения.
Для некоторых узлов конструкций
важно обеспечить высокое допустимое напряжение всего на
102... 104 циклов (например, циклов взлет-посадка
для шасси), другие должны выдерживать 1011... 1012
циклов (от вибраций и аэродинамического шума
двигателя). Принятое в ГОСТ
