Усталостного нагружения

Характеристика твердости еще не дает полного представления о служебных свойствах детали. Известно, что 80% всех разрушений носят усталостный характер. Сопротивление металлических мате­риалов усталости определяется пределом выносливости. Резкое влияние на предел выносливости оказывают дефекты поверхности. По сравнению с полированными образцами стали предел выносли­вости шлифованных образцов ниже на 10...15%, а фрезерованных -на 45...50%. С увеличением размера детали величина предела вы­носливости уменьшается («масштабный фактор»).

В справочной литературе приводятся данные о пределе вынос­ливости для ограниченного числа марок сталей. Значительно больше данных по другим свойствам – твердости и пределу прочности. В связи с этим при оценке усталостной прочности целесообразно ис­пользовать зависимости между пределом выносливости, с одной стороны, и твердостью или пределом статической прочности, с дру­гой стороны. Неплохая корреляция в ряде случаев наблюдается меж­ду пределом выносливости и твердостью. Например, для углероди­стых сталей s_-1 = 1,26...1,53 НВ, для легированных сталей s_-1 = 1,64...2,17 НВ [10]. Однако эти зависимости имеют частный характер и не распространяются на высокопрочные стали.

Для среднеуглеродистых легированных термообработанных сталей между пределом выносливости в твердостью установлена более сложная зависимость [9]. Из рис.6, а видно, что корреляция между обеими характеристиками выдерживается лишь до HRC 36...37. При более высокой твердости резко увеличивается область разброса зна­чений предела выносливости, причем минимальные их значения оказываются почта независящими от твердости. Поэтому по значе­ниям твердости можно с достаточной точностью проводить оценку минимальных значений предела выносливости лишь для сталей с твердостью менее HRC 40. Более достоверны данные по соотношениям между пределом выносливости и твердостью для конкретных марок сталей (рис.6, б).

Установлены также зависимости между пределом выносливости и пределом статической прочности. Например, для сталей s_-1 = 0,4…0,60 s_В. Однако имеются данные и о значительном влиянии химиче­ского состава стали на эту зависимость. На рис.7 приведены зависи­мости, полученные автором при обработке большого количества экспериментальных данных для углеродистых и легированных ста­лей. Видно, что при малом содержании углерода (менее 0,15%) ве­личина отношения s_-1 /s_В уменьшается, особенно для легированных сталей. Значительное влияние оказывает и степень легирования. В целом характеристики выносливости менее чувствительны к струк­турным изменениям, вызываемым термической обработкой и изме­нениями в составе стали, чем многие другие механические свойства. Вместе с тем из рис.7 видно, что для обеспечения достаточно высо­ких значений усталостной прочности необходимо иметь в стали дос­таточное содержание углерода (не менее 0,12...0,15%). Особенно важно это для легированных сталей, у которых статическая проч­ность повышена за счет легирования; следует учитывать, что это по­вышение не коррелирует с изменением предела выносливости. По­этому оценку предела выносливости целесообразно вести по зависи­мостям, приведенным на рис.7.