Методика анализа усталостного излома

Констатацияфактаусталостногоразрушения детали.Основным доказательством усталостного разрушения детали является наличие на поверхности излома характерных зон и линий.

Дополнительными доказательствами являются:

а) фактический срок службы детали. Усталостный излом обра­зуется примерно после 1—5 миллионов циклов нагружения. Еслиизлом произошел при количестве циклов нагружения в несколькотысяч, то такой излом следует относить не к усталостным, а к группеповторно-статических или перегрузочных;

б) расположение и ориентация формы трещины. Усталостнаятрещина на участке ее зарождения обычно имеет зигзагообразнуюформу вследствие слияния ступенек рубцов, а на участке зонысобственно усталостного развития — плавную форму. Усталостноеразрушение происходит, как правило, по месту наибольшей кон­центрации напряжений;

в) отсутствие следов макропластической деформации разрушен­ной детали на участке усталостного развития трещины.

В качестве примера установления факта усталостного разру­шения детали рассмотрим поломку поршневого двигателя (рис. 43).

Рис. 43. Общий вид разрушенных деталей авиационного двигателя.

Шатун этого двигателя (рис. 44, а) про­работал после ремонта всего 100 час.и выдержал примерно 6-Ю⁶ циклов нагружения, а всего с начала эксплуатации 40·10⁶ циклов.

а	б
Рис. 44. Разрушенный шатун (а) из ст. 40ХНМА уучасток излома (б)

Следовательно, можно предположить, что его излом усталостный. Излом произошел по стержню и был сильно поврежден при окон­чательном разрушении деталей. Сохранился незабитым малень­кий участок площадью 1 см²(рис. 44, б), с мелкозернистым строе­нием, типичным для усталостных изломов деталей из стали 40ХНМА, из которой изготовлен главный шатун. Сравнение поверхности статических изломов образцов, вырезанных из разрушенного глав­ного шатуна, с этим участком дало еще одно доказательство усталост­ного разрушения главного шатуна, так как изломы образцов имели волокнистое строение, типичное для статических изломов образцов из данной стали.

Влияние концентратора напряжений на разрушение детали бесспорно, когда наблюдается связанное с ним изменение направле­ния развития излома. Особенно сильно это проявляется при разруше­нии деталей от переменного кручения. В зависимости от наличия на поверхности скручиваемого вала продольных шлиц или галтели получается излом типа «звездочки» или «зубьев пилы» (Рис. 45).

а	б
Рис. 45. Различные виды изломов при переменном кручении типа «звездочки» (а) и «зубьев пилы» (б)

Изменение в напряженном состоянии приводит к образо­ванию на изломе продольных или поперечных уступов (рис. 46).

Рис. 46. Поверхность усталостного излома с продольным уступом.

При наличии на поверхности детали вытянутого в линию концен­тратора, расположение которого не совпадает с направлениями главных нормальных напряжений иногда происходит развитие излома по концентратору. В этих случаях концентратор напряжений также является основной или единственной причиной разрушения детали.

Влияние концентратора напряжений оценивается также по месту зарождения излома. В качестве примера на рис. 47показан излом головки железнодорожного рельса; излом зародился в середине сечения головки вследствиевлияние концентратора напряжений — металлургического дефекта. Следовательно, в дан­ном случае концентратор напряжений вызвал смещение наиболее напряженной точки и явился основной причиной поломки детали.

а	б
Рис. 47. Поверхность (а) и схема (б) излома головки железнодорожного рельса: 1- флокен; зона усталостного развития излома; 2,3- долом

В качестве другого примера на рис. 48 показан излом детали с очагом разрушения, расположенным в середине стенки детали у местного дефекта материала (волосовины). Расположение очага излома вне зоны действия наибольших номинальных напряже­ний свидетельствует о значительном влиянии концентратора напря­жений.

Рис. 48. Излом детали с очагом разрушения у волосовины