12.11. Коррозионная усталость

Внешняя среда оказывает существенное влияние на сопротивление усталости. Опыт показывает, что предел выносливости углеродистой стали, определенный в вакууме, выше предела выносливости, определенного в стандартных условиях в сухой воздушной среде.

Коррозия детали вызывает повышение шероховатости ее поверхности и тем самым снижает сопротивление усталости. Однако исследования показывают, что наибольшее влияние на снижение усталостной прочности оказывает не собственно коррозия, а совместное действие коррозионной среды и циклически меняющихся напряжений. При этом меняются механизм разрушения и вид усталостного излома. Такой вид разрушения получил термин коррозионной усталости.

При коррозионной усталости трещины появляются при значительно более низких напряжениях, чем на воздухе. При этом количество возникающих трещин значительно, часто образуется сетка трещин. Скорость развития трещин относительно невелика, а механизм их развития имеет явные признаки электрохимического поражения. Отметим, что кривая коррозионной усталости имеет ниспадающий характер, физический предел выносливости отсутствует для всех металлических материалов, а условные пределы выносливости в основном зависят от коррозионной среды и физико-химической природы материалов и слабо связаны с уровнем их статической прочности.

12.12. Пример определения коэффициента запаса прочности вала

Необходимо произвести оценку циклической прочности вала, ориентировочный расчет которого проведен в главе XI.

Для расчета принимаем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу; для кручения принимаем – отнулевой цикл. Нормированное значение коэффициента запаса прочности [n] = 1,3.

Материал вала – сталь 40 со следующими характеристиками прочности: _b = 580 МПа, _т = 340 МПа, _–1 = 230 МПа, _–1 = 140 МПа (табл. 2 приложения).

Проверяем прочность вала в местах, где посажены шарикоподшипники, зубчатое колесо. В этих местах вал прошлифован, что соответствует шероховатости поверхности R_Z = 6,3 мкм. Ниже представлены наиболее характерные расчеты опасных сечений.

Сечение А. Место посадки подшипника (галтель):

Нм;

Кручение:

На прочность при циклических напряжениях влияют конструктивно-технологические параметры: эффективный коэффициент концентрации напряжений K_ = 1,41 (  0,05, = 1,25, табл. 6 приложения); масштабный фактор (коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения) K_d_ определяется по формуле

K_d_= 0,5 + 1,41(K_d_ – 0,5)^1,5

при K_d_ = 0,75 (табл. 9 приложения), K_d_ = 0,68. Коэффициент влияния шероховатости поверхности при шлифовке K_F_ определяется по формуле

K_F_ = 0,575K_F_ + 0,425,

при K_F_ = 0,91 (табл. 12 приложения), K_F_ = 0,95.

Эти параметры отражают влияние переменной составляющей напряжений _а, усиливая роль амплитуды напряжений в снижении запаса прочности деталей; обычно используют комплексный коэффициент K:

Влияние постоянной составляющей – среднего напряжения цикла _m учитывается с помощью коэффициента _ = 0,05 (табл. 8 приложения). Коэффициент запаса прочности вала по касательным напряжениям в сечении А