Признаки усталостных разрушений
Усталостное разрушение детали (трубопровода) может произойти в том случае, если она при работе подвергается достаточно длительному действию переменных по времени и величине нагрузок. Усталостное разрушение деталей имеет ряд характерных признаков, по которым его можно отличить от других видов разрушения. Так, начинается оно обычно с появления на детали мельчайшей трещины (ряда трещин), которая затем в результате дальнейшего нагружения прогрессивно развивается (увеличивается в размере). По мере развития трещины живое сечение детали постепенно уменьшается. Когда сечение детали бу — • дет настолько ослаблено, что действующие на нее нагрузки достигнут разрушающих величин, происходит окончательное разрушение детали. Последняя стадия разрушения протекает быстро и почти мгновенно (рис. 5.8).
При усталостном разрушении на изломе имеются две зоны: одна мелкозернистая, с так называемыми линиями «отдыха», нередко имеющая блестящий, как бы шлифованный вид, и другая — зона долома — с крупнокристаллическим (для хрупких металлов) или волокнистым
%
строением (для вязких, . пластичных металлов). На рис. 5.9 приведен типичный усталостный излом балки крыла. На усталостных изломах по характеру расположения линий «отдыха» можно легко определить место зарождения трещины усталости (это хорошо видно на рисунке).
Следует указать на одну очень важную особенность усталостных разрушений — поверхность зоны усталост-
|
Рис. 5.9. Поверхность излома балки: / — очаг возникновения трещины; 2 — зона постепенного развития трещины; 3 — зона долома. |
ного разрушения всегда расположена перпендикулярно к направлению нормальных напряжений, возникающих при приложении внешней нагрузки.
Трещины усталости в большинстве случаев образуются в местах конструктивных концентраторов напряжения (галтели, поперечные отверстия, шпоночные канавки) или при наличии на поверхности деталей следов от грубой механической обработки (риски, подрезы, забоины, глубокие царапины).
Следует иметь в виду, что явно выраженные внешние признаки усталостного разрушения на поверхности изломов обычно наблюдаются только у стальных деталей. У деталей, изготовленных оиз цветных сплавов (магниевых, алюминиевых), во многих случаях бывает
очень трудно установить по поверхности излома характер разрушения детали. Это объясняется тем, что строение усталостного излома зависит от степени перегрузки: при малых перегрузках трещина усталости развивается медленно, при высоких — быстро. При медленном развитии трещины усталости вид поверхности излома приближается к виду блестящей (шлифованной, притертой) поверхности и резко отличается от зоны мгновенного разрушения. На поверхности излома видны кольцевые линии. При быстром развитии трещины усталости зоны почти не отличаются одна от другой и могут не иметь кольцевых линий. Больше того, при действии циклических напряжений одного знака, например, только раскрывающих усталостную трещину, строение зоны усталости будет более крупнозернистым, чем при действии знакопеременных напряжений. В связи с этим в первом случае зона усталости может слабо отличаться от зоны долома. Помимо того, усталостный излом детали из крупнозернистого цветного или жаропрочного сплава будет более грубым, а излом детали из мелкозернистой стали (сорбитовая структура) будет выглядеть более гладким.