ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПЕКТРАХ НАГРУЖЕНИЯ

Исследовали на усталостную прочность широко используемые машиностроительные конструкционные стали при различных частотах нагружения по схеме консольного изгиба вращающихся цилиндрических образцов. За показатель сопротивления усталости принят  тангенс угла наклона кривой усталости к оси долговечности. Установлено, что стали 40 и 45 относятся к группе материалов, у которых  уменьшение частоты нагружения приводит к циклическому разупрочнению и понижению сопротивления усталости, что численно выражается возрастанием наклона кривой усталости. Испытания образцов из стали 40Х показали, что увеличение частоты циклов нагружения  приводит к заметному уменьшению параметра наклона кривой усталости, т.е. к повышению сопротивления усталости. Понижение величины параметра сопротивления усталости связано с повышением упрочняемости материала поверхностных слоев образцов (деталей),  что снижает усталостную повреждаемость собственно поверхности. Приведена зависимость тангенса наклона кривой усталости от повреждаемости поверхности при изменении частоты циклов нагружения и показано, что независимо от частоты при увеличении наклона  кривой усталости повреждаемость поверхностных слоев материала увеличивается. Для каждой из этих групп определены математические  соотношения. За критерий стабильности циклического поведения сталей был принят коэффициент корреляции, показывающий степень  сходимости полученных экспериментальных результатов с построенной кривой усталости. Выявлено, что увеличение стабильности поведения стали 40Х наблюдается при повышении скорости циклического деформирования. Испытания стали марки 45 показали, что уменьшение циклической прочности при увеличении частоты нагружения не сказывается на усталостной стабильности работы материала. Увеличенный разброс экспериментальных результатов наблюдали у стали 40 при низкой частоте нагружения, несмотря на высокие значения  циклической прочности при заданной частоте нагружения. На основании проведенных экспериментов обозначена динамика поведения  реальных деталей машин и конструкций, подверженных циклическим нагрузкам, работающих в исследованном спектре нагружения.

частота циклов нагружения,  сопротивление усталости,  прочность,  долговечность,  машиностроительная сталь,  упрочнение,   повреждаемость поверхности

1. Терентьев В.Ф., Кораблева С.А. Усталость металлов. – M.: Наука, 2015. – 479 c.

2. Suresh S. Fatigue of metals. Cambridge University Press, 2006. – 701 p.

3. Fatigue of steels modified by high intensity electron beams / V.E. Gro mov, Yu.F. Ivanov, S.V. Vorobiev, S.V Konovalov. – Cambridge, 2015. – 272 р.

4. Honeycombe R.W.K. The Plastic Deformation of Metals. – London: Edward Arnold Ltd., 1984. – 483 p.

5. Vitaliy Kazymyrovych. Very high cycle fatigue of engineering materials – A literaturereview. – Karlstad University Studies, 2009. – 22 р.

6. Панин В.Е. Физическая мезомеханика материалов. Т. 1. Под ред. С.Г. Псахье. – Томск: изд. ТГУ, 2015. – 462 с.

7. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. – М.: Металлургия, 1984. – 280 с.

8. Шанявский А.А. Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций. Синергетика в инженерных приложениях. – Уфа: Монография, 2003. – 803 с.

9. Мак-Ивили А.Дж. Анализ аварийных разрушений / Пер. с анг. Э.М. Лазарева, И.Ю. Шкадиной. Под. ред. Л.Р. Ботвиной. – М.: Техносфера, 2010. – 416 с.

10. Schijve J. Fatigue of Structures and Materials in the 20th Century and the State of the Art // International Journal of Fatigue. 2003. Vol. 25. P. 679-702.

11. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. Справочник. – М.: Металлургия, 1978. – 304 с.

12. Трощенко В.Т., Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов. – Киев: Наукова думка, 1987. – 1303 с.

13. Иванова В.С., Шанявский А.А. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. – М.: Металлургия, 1988. – 399 с.

14. Технология комплексного исследования разрушения деформированных металлов и сплавов в разных условиях нагружения. Учебн. пособие / Г.В. Пачурин, А.Н. Гущин, К.Г. Пачурин, Г.В. Пименов. – Нижний Новгород: изд. Нижегородского гос. университета, 2005. – 141 с.

15. Haw-Ming Huang, Wei-Jen Chang, Nai-Chia Teng, Hung-Lung Lin, and Sung-Chih Hsieh. Structural Analysis of Cyclic-loaded NickelTitanium Rotary Instruments by Using Resonance Frequency as a Parameter // JOE. 2011.Vol. 37. Nо. 7. Р. 993 – 996.

16. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов / Пер. с польск. Г.Н. Мехеда. Под ред. С.Я. Яремы. – М.: Металлургия, 1990. – 432 с.

17. Weiss T. ASTM Bulletin. 1949. February. P. 188; Р. 31.

18. Proceedings of the International Conference VHCF-5, June 28 – 30, 2011, Berlin. Edited by C. Berger, H.-J. Christ. Berlin, Germany: DVM, 2011. – 980 p.

19. Сулима А.М., Евстигнеев М.И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. – М.: Машиностроение, 1974. – 255 с.

20. Yakovleva T.Yu., Matokhnyuk L.E. Prediction of Fatigue Characteristics of Metals at Different Loading Frequences // Strength of Materials. 2004. Vol. 36. Nо. 4. Р. 442-448.

21. Ясний П.В., Марущак П.О., Панин С.В., Любутин П.С., Баран Д.Я., Овечкин Б.Б. Стадийность деформирования материала и кинетика роста усталостной трещины в стали 25Х1М1Ф при низких частотах нагружения // Физическая мезомеханика. 2012. Т. 15. № 2. С. 97 – 107.

22. Konovalov S., Aksenova K., Gromov V., Ivanov Yu., Semina O. The influence of electron beam treatment on alloy structure destroyed at high-cycle fatigue // Key Engineering Materials. 2016. January. Vol. 675-676. P. 655 – 659.

23. Mughrabi H., Christ H. - J. Cyclic deformation and fatigue of selected ferritic and austenitic steels; specific aspects // ISIJ International. 1997. Vol. 37. No. 12. P. 1154 – 1169.

24. Musuva J. K. Radon J. C. The effect of stress ratio and frequency on fatigue crack growth // Fatigue of Eng. Materials and Structures. 1979. Vol. 1. P. 457-470.

25. Marines I., Bin X. and Bathias C. An understanding of very high cycle fatigue of metals // International Journal of Fatigue. 2003. Vol. 25. No. 9-11. Р. 1101 – 1107.

26. Mylnikov V.V., Shetulov D.I., Chernyshov E.A. Variation in faktors of fatigue resistance for som pure metals as a function of the freguensy of loading cycles // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2010. Vol. 51. No. 3. P. 237 – 242.

27. Шетулов Д.И. Связь сопротивления циклической нагрузке с повреждаемостью поверхности металлов // Изв. Академии наук. Металлы. 1991. № 5. С. 160.

28. Mylnikov V.V., Shetulov D.I., Chernyshov E.A. Investigation into the Surface Damage of Pure Metals Allowing for the Cyclic Loading Frequency // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2013. Vol. 54. No. 3. P. 229 – 233.

29. Mylnikov V.V., Shetulov D.I., Chernyshev E.A. On Evaluation of Durability Criteria in Carbon Steels // Metals Technology. 2010. No. 2. С. 19 – 22.

30. Мыльников В.В., Чернышов Е.А., Шетулов Д.И. Влияние частоты циклического нагружения на сопротивление усталости высокопрочных конструкционных материалов // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 2. С. 33 – 36.

31. Мыльников В.В. О влиянии частоты приложения нагрузки на сопротивление усталости материалов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 6-2. С. 202 – 205.