СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
86
4.3. Усталостное разрушение
Некоторые детали машин (коленчатые валы, поршневые пальцы, шатуны,
качалки, лопатки турбин и др.) в процессе работы подвергаются нагрузкам,
изменяющиеся по величине и направлению. При таких повторно-переменных
напряжениях металл постепенно разрушается от усталости [31].
4.3.1. Общие сведения об усталости металлов
Усталость – это процесс постепенного накопления повреждений материала
под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств и
уменьшению долговечности, образованию трещин, их развитию и разрушению.
(ГОСТ 23207–78 «Сопротивление усталости. Основные термины, определения и
обозначения»).
Усталостное разрушение проявляется в возникновении повреждений, и его
необходимо учитывать в связи с применением в технике сильно нагруженных и
быстроходных машин.
Разрушению предшествует появление и развитие характерных
микротрещин, которое связано с особенностями структуры металла.
При многократном действии переменных нагрузок в местах, где имеется
резкое повышение напряжений вследствие наличия отверстий, выточек, пустот,
включений, трещин и т.д., происходят внезапные изломы усталостного
разрушения. Место появления излома от усталостного разрушения обычно
совпадает с зоной концентрации напряжений, вызванной резким изменением
поперечного сечения.
Таким образом, при усталости пластическая деформация проявляется в
определенных слабых местах металла, т.е. носит избирательный характер и этим
отличается от обычной деформации.
Местом образования и развития усталостного излома является первая
наружная зона. Здесь в результате действия переменных нагрузок и
концентрации напряжений (от структурных или поверхностных нарушений) в
связи с наличием объемного напряженного состояния сначала появляются
микроскопические трещины. В течение длительного действия переменных
нагрузок микроскопические трещины развиваются в макроскопическую
трещину. Вследствие взаимного смещения поверхностей, ограничивающих
макроскопическую трещину, и трения между ними шероховатости исчезают, и
возникает гладкая притертая зона излома с мелкозернистой фарфоровидной
поверхностью – зона усталости.
Внешними возбудителями при образовании трещины усталости являются
острые надрезы, неглубокие царапины, инородные включения в металле и т.д.,
вызывающие объемное напряженное состояние, при котором затрудняется
пластическая деформация и создаются условия для хрупкого разрушения.
Появившиеся микроскопические трещины усталости представляют собой
