2.8. Лабораторная работа № 16
ИСПЫТАНИЕ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ
2.8.1. Цель работы: ознакомление с методикой определения предела выносливости материала и определение предела выносливости стали опытным путем.
2.8.2. Содержание работы
На практике многие детали машин при работе испытывают действие переменных напряжений. Если эти напряжения превышают определенный уровень, то деталь через некоторое число циклов изменения напряжений разрушается. Это разрушение начинается с появления микроскопической трещины в наиболее напряженной точке детали. При дальнейшем действие переменных напряжений эта микротрещина увеличивается и превращается в макротрещину. Макротрещина проникает в глубь материала детали. Так продолжается до тех пор, пока оставшаяся часть материала не сможет противостоять внешним нагрузкам. При этом происходит внезапное разрушение детали, подобное разрушению хрупких материалов.
Разрушение путем постепенного распространения трещины при действии переменных напряжений называется усталостью материала. Усталостное разрушение всегда можно узнать по виду излома. На изломе имеются две четко разграниченные зоны: зона постепенного распространения трещины и зона внезапного хрупкого излома.
Усталостному разрушению материала предшествует определённое число циклов изменения переменных напряжений N, которое называется долговечностью. То наибольшее из максимальных значений переменных напряжений, при котором долговечностью материала не ограничена, называется пределом выносливости.
При напряжениях ниже предела выносливости разрушения от усталости не наступает.
Для определения предела выносливости испытывается серия из 8-10 образцов. Образцы испытываются при различной величине перемен-
ных напряжений. Долговечность
N, при которой
разрушаются образцы, различная: чем
больше напряжение
,
тем меньше долговечность Ni.
При меньших значениях
максимального напряжения долговечность
увеличивается.
Снижение напряжений производится
до тех пор, пока последний образец
выдержит, не разрушаясь, определенное
наперед заданное число циклов, называемое
базой испытаний. Для стали база испытаний
составляет 10 миллионов циклов. Результаты
испытаний наносятся на график в
координатах
(рисунок 2.19), причем шкала (абсциссы)
логарифмическая. График, построенный
по результатам усталостных испытаний,
называется усталостной диаграммой.
Рисунок 2.19
Усталостная диаграмма в таких полулогарифмических координатах изображается в виде двух отрезков прямой линии: одного – наклонного, соответствующего разрушению образцов, испытанных на различных ступенях нагружения. Эта линия называется линией ограниченной выносливости. Другого – примерно горизонтального, соответствующего разрушению образцов при сравнительно малых напряжениях
и долговечности возле базы испытаний. Ордината горизонтальной линии и дает величину предела выносливости.
При проведение опыта испытываются только 1 (или 2-3) образца при сравнительно больших нагружениях. Разрушаются эти образцы при небольших значениях долговечности N. Результаты испытаний всех образцов строится диаграмма усталости и по диаграмме определяется величина предела выносливостью.