Старение и усталость металла

Старение материалов - это процесс, характеризующийся изменением строе­ния и свойств материалов, происходящим при обычной температуре (естествен­ное старение) либо при нагреве (искусственное старение).

Процесс старения свя­зан с перемещением атомов в металле, т. е. изменениями кристаллической струк­туры.

Старение - это самопроизвольный процесс перехода мате­риала из метастабильного в стабильное состояние (распад мартенситной структу­ры, выделение кристаллов новых фаз и др.). Особенно быстро протекают процес­сы старения в полимерных материалах.

Усталостью металла называется процесс постепенного накопления повреждений в материале под дей­ствием повторно-переменных нагрузок. Поликристаллические металлы состоят из различно ориентированных кристаллов, разделенных границами, мельчайшими порами и неметаллическими включениями.

Под действием переменных нагрузок возникает пластическая деформация и появля­ются зоны, где нарушаются атомные связи, что приводит к образованию микро­трещин, которые в последующем увеличиваются и соединяются в одну трещину.

Механизм образования усталостного разрушения принято делить на 3 ста­дии:

1) накопление упругих искажений кристаллической решетки;

Рисунок 7 - Диаграмма усталости

2) появление микротрещины вследствие достижения упругими на­пряжениями критических значений;

3) соединение микротрещин и раз­рушение детали.

На рисунке 7 показана обобщенная диаграмма усталости, где

•ABC - кривая усталости (кривая Ведена);

•А'В'С - ли­ния начала появления субмикроскопиче­ских трещин;

•А'С - линия необратимой повреждаемости (линия Френча).

При напряжениях ниже длительного периода выносливости Gw микротре­щины не развиваются.

При критическом напряжении Gк>Gw, происходит разруше­ние через NK циклов.

Механизм образования трещин усталости весьма сложен и до конца не изу­чен. В последнее время этот процесс объясняют с позиций теории дислокации и теории вакантных мест.

Трещины усталости могут образовываться первоначально как на поверхно­сти, так и внутри материала. Чаще всего они образуются на поверхности металла в местах наибольшей концентрации напряжений.

Вибрация

Повышенная вибрация приводит к дополнительным динамическим нагруз­кам и, следовательно, к ускоренному износу сопряжений, к возникновению мик-ротрещин. Увеличение начального зазора сопряжений вследствие износа деталей

приводит к ударным динамическим нагрузкам, которые могут вызывать снижение прочности сцепления покрытий, выкрашивание, откалывание.