Циклические испытания металлов. Кривая усталости. Предел выносливости. Пути повышения предела выносливости.

Разрушение детали под действием циклических нагрузок называют усталостью, а свойство противостоять усталости – выносливостью, которая характеризуется пределом выносливости

Усталостные испытания проводят на машинах, создающих в образцах циклические изменения напряжения. Проводят серию испытаний при последовательно уменьшающихся нагрузках, начиная с , при этом определяют число циклов N до разрушения. По результатам строиться кривая усталости и определяют предел выносливости – максимальное напряжения, которое выдерживает образец без разрушения бесконечное или базовое число циклов. Для сталей базовое число – 10⁶…10⁸ циклов. Под циклом напряжений понимают совокупность переменных значений напряжений за один период Т их изменения.

Рис. Определение предела выносливости.

Предел выносливости зависит от:

- размера детали – чем крупнее деталь, тем ниже σ-1;

- чистоты обработки поверхности и наличия концентраторов напряжений – надрезы, царапины, коррозия резко снижают ;

- вида термической обработки материала.

Для повышения предела выносливости детали подвергают поверхностной обработке: закалке ТВЧ, химико-термической обработке, поверхностной пластической деформации, которая создает дополнительные остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое.

 

2. Превращение аустенита в мартенсит при охлаждении. Особенности этого превращения. Строение и свойства мартенсита. Влияние углерода и легирующих элементов на температуру М_Н и М_К.

Мартенситное превращение.

Мартенситное превращение протекает в интервале температур М_н – М_к (начало и конец мартенситного превращения). Все диффузионные процессы прекращаются и аустенит со всем своим углеродом превращается в феррит при этом сильно его пересыщая. Образуется мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в железе.

Основные черты мартенситного превращения:

- механизм – бездиффузионный;

- никогда не идет до конца (выпадает остаточный аустенит);

- идет с увеличением объема, что вызывает значительное остаточное напряжение;

- проходит только в интервале температур М_н – М_к.

Бездиффузионное мартенситное превращение сводится к перестройке ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку феррита.(полиморфное γ-α превращение)

Критическая скорость закалки Vкр. – называют линейную скорость охлаждения при которой АУСТЕНИТ переходит только в МАТЕНСИТ.

МАРТЕНСИТНОЕ превращение не идёт до конца. Количество АУСТЕНИТА остаточного зависит от содержания углерода и Л.Э. При содержании углерода более 0,6% Мн смещается в область отрицательных температур. Чем больше углерода и ЛЭ, тем ниже Мк и больше Аост. При 0,6…1,0% углерода, Аост не более 10%.

3. Улучшаемые стали. Состав, термическая обработка, получаемая структура, назначение.

Улучшаемые 0,3…0,5% С

Марки углерод ст: 30, 35, 40, 45, 50. Легир стали: (хромистые)30Х, 40Х, 50Х, (хромарганцевые), 30ХГТ, 40ХН, 40ХНМ, 30ХГС

Термообработка↔Закалка + Высокий Отпуск(улучшение)

Структура: Сотпуска (зернистый)

Улучшаемы стали – среднеуглеродистые. Применяются для деталей, работающих при ударных и циклических нагрузках: коленчатые и карданные валы, шестерни, шатуны и т.д.

Структура сорбит зернистый, оптимально сочетает высокую прочность с высокой ударной вязкостью и выносливостью. Для малонагруженных деталей вместо улучшения проводится нормализация. Для деталей, работающих в условиях повышенного износа, после улучшения или нормализации проводят закалку ТВЧ(токами высокой частоты) или азотирование.

 

4. Как изменяется структура и свойства стали 45 и У10 в результате закалки:

от температур 750°С (>АС₁) и 850°С (>АС₃, >АС_m).

Сталь 45 =>доэвтектоидная сталь 0,45% С

1) 750°С (>А_С1) нагрев в интервале А_с1…А_с3 =>неполная закалка => М + Ф, сохранение Ф снижает твердость и прочность стали. Ф нельзя удалить при отпуске.

2) 850°С (>А_С3, >А_Сm) t= А_С3+(30…50°С) оптимальная температура нагрева => М + А остаточный

Сталь У10 =>заэвтектоидная сталь 1 % С

1) 750°С (>А_С1) t= А_с1+(20…30°С) оптимальная температура нагрева для заэвтектоидной стали =>М + Ц вторичный + А остаточный => цементит в зернистой форме повышает твёрдость(для получения зернистой структуры перед закалкой выполняется отжиг на перлит зернистый и нормализация на разрушение цементитной сетки)

2) 850°С (>А_С3, >А_Сm) => М + А остаточный(40%) большое количество остаточного аустенита снижает прочность и сопротивление хрупкому разрушению