Выносливость упрочненного алюминия при переменных нагрузках. Влияние температуры на его свойства

01.06.2020

Исследование выносливости алюминия проводили С.В. Сервисен, М.М. Гохберг, Е.Е. Кочергова, Ю.П. Сатаев, Н.И. Новожилова, П.Ф. Кульбашный и др. Было установлено, что у упрочненного алюминия стабилизация предела выносливости наблюдается после 3*10в6 циклов, т. е. за пределами эксплуатационной области строительных металлоконструкций, которая чаще всего составляет 2/2,5*10в6 циклов. Поэтому в характеристиках строительного алюминия обычно дается предел ограниченной выносливости о, соответствующий определенной базе испытаний N и коэффициенту асимметрии цикла Rо.

Переменные нагрузки имеют место главным образом в мостовых и крановых конструкциях, в которых возникают большие усилия, что ведет к необходимости применять высокопрочные металлы. Как видно из табл. 4, наиболее перспективными для мостовых и крановых конструкций являются магналии АМг5, АМг6 и особенно АМг61. Рассмотрим результаты исследований на выносливость металла АМг61.

Прочность элементов металлоконструкций, воспринимающих переменные и вибрационные нагрузки, зависит от конструкции сопряжений отдельных деталей и радиуса перехода от одного сечения к другому. В зависимости от этого возникает или не возникает концентрация напряжений, влияющая на величину предела ограниченной выносливости (табл. 8). На диаграммах рис. 14 представлены результаты испытаний образцов, вырезанных вдоль проката из листового сплава АМгб1 и испытываемых на базе 2,5*10в6 циклов. Концентрация напряжений создавалась ослаблением сечения с боков каждого образца выкружками различных радиусов. Для получения зависимости оmax — r были испытаны 7 серий образцов при коэффициенте асимметрии цикла Rо = оmin/omax = 0,1.

В результате испытаний всех серий большинство образцов разрушилось в рабочей части сечения. Имелись отдельные случаи разрывов у захватов машин образцов с выкружками радиусами 250 и 500 мм. Это доказывает, что при таких радиусах концентрация напряжений в рабочей части уже отсутствует и на разрушение образцов влияет концентрация напряжений в местах вмятин от захватов.

Анализируя характер поверхности разорванных образцов, можно отметить определенную закономерность. Образцы с выкружками r = 1 мм имеют характер разрыва, аналогичный поверхности разрушения образцов при испытании статической нагрузкой. Разрушение происходит с развитием пластических деформаций. Плоскости разрушения расположены примерно под углом 5п/20/5п/18 рад к оси действия усилия. При напряжении оmax = 180 МПа изломы образцов с радиусами выкружек 1, 10, 25 и 50 мм почти не имели зоны хрупкого разрушения. С уменьшением концентрации напряжений и понижением нагрузки площадка хрупкого разрушения обозначалась больше (рис. 14, б). При omax = 90 МПа образцы серий 114 и 214 имели уже явно выраженную зону хрупкого разрушения. Еще больше эта зона выявилась у образцов, имевших ослабление, радиусами 25, 50 мм и более.

С уменьшением напряжений площадь зоны хрупкого разрушения увеличивается: в меньшей степени у образцов с большей концентрацией напряжений и в большей степени у образцов с меньшей концентрацией напряжений после прохождения 1,5/2*10в6 циклов. Очаг усталости в виде пятна диаметром 1,5—6 мм наблюдался только у образцов с r>25 мм, имевших базу испытаний более 6*10в5 циклов. Во всех случаях появление очага усталости было обусловлено наличием дефекта на прокатной поверхности в виде незначительной выбоины, царапины, раковины.

Как видно из рис. 14, а, зависимость вибрационной прочности начиная от максимальных напряжений цикла оmах, равных условному пределу текучести сплава АМг61, т. е. 180 МПа, до omax, полученных при базе испытаний N=2*10в6 циклов, для всех серий является нелинейной. Резкое падение вибрационной прочности с увеличением количества циклов испытаний характерно для всех образцов. У образцов с r=1 мм после 510в4 циклов она остается почти стабильной, то же самое можно отметить в остальных сериях после 5*10в5 циклов.

Из табл. 8 по коэффициентам К1 и К2 видно, во сколько раз вибрационная прочность металла Gmax оказалась ниже его предела текучести и временного сопротивления разрыву. Коэффициент концентрации напряжений К3 показывает отношение вибрационной прочности образцов с резко выраженной концентрацией напряжений к прочности образцов, не имеющих концентраторов, с коэффициентом асимметрии циклов Ro = 0,1 при растяжении.

Под нагревом солнечных лучей температура поверхности конструкций может достигать 343—353 К, охлаждение — в пределах климатических поясов бывш. Советского Союза, а для районов Северного и Южного полюсов — примерно до 183—203 К. В интервале этих температур изменения прочности и пластичности упрочненного алюминия незначительны и практически не учитываются (рис. 15, б). При проектировании необходимо учитывать возможное изменение размеров сооружений по длине в связи с высоким термическим коэффициентом линейного расширения (см. табл. 3). Если алюминий применяется в технологических конструкциях, где предполагается значительное повышение температуры (в трубопроводах, резервуарах и т. п.), следует учитывать снижение прочности применяемых в этих конструкциях марок алюминия, а в отдельных случаях использовать специальные жаростойкие алюминиевые сплавы Д20, ВАД23, М40 и др.

С понижением температуры у алюминия не наблюдается изменения ударной вязкости (рис. 15, а). Это свидетельствует о том, что под влиянием температуры, концентрации напряжений, увеличения скорости деформирования (например, при ударе) этот металл не подвержен хрупкому разрушению, наоборот, у некоторых сплавов при очень низких температурах (73 К) увеличиваются прочность, модуль упругости, пластичность.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна