В монографии рассмотрены основные закономерности усталостного разрушения металлических материалов с учётом современных достижений металлофизики и механики разрушения. Анализируется стадийность процесса накопления усталостных повреждений в периодах зарождения и распространения усталостных трещин. Рассмотрены теории физического предела выносливости и влияния различных факторов на циклическую прочность.

Для научных работников, инженеров-материаловедов и металлургов.

Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надёжность машин во многом определяются их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные нагрузки, а основной вид разрушения — усталостный.

Интерес к проблеме усталостного разрушения металлических материалов, на наш взгляд, связан со следующими причинами. Во-первых, с важностью проблемы усталостного разрушения ответственных металлических конструкций. Например, ресурс планера и двигателей современных самолётов связан с усталостной долговечностью и т.д. Второй причиной является то, что хрупкому разрушению металлических конструкций на практике часто предшествует подрастание усталостной трещины, что существенно снижает несущую способность. В-третьих, использование подходов механики разрушения позволило в последнее время достигнуть значительных успехов в оценке и прогнозировании трещиностойкости и долговечности металлических материалов и конструкций. В том случае, когда в конструкции или в детали наличие трещин недопустимо, определение порогового коэффициента интенсивности напряжений позволяет оценить размер допустимого металлургического или технологического дефекта для случая циклического деформирования. В-четвёртых, методы испытаний на усталость и циклическую трещиностойкость, так же как и методы определения ударной вязкости, оказались чувствительными к структурному состоянию материала. Кроме того, при проведении усталостных испытаний методически легче проследить кинетику накопления повреждений.

В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние много различных факторов (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Всё это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс усталости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кристаллической решётки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дисклинаций, двойников, границ блоков и зёрен и т.д.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро- и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определёнными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления структурных повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов.

В предлагаемой монографии предпринята попытка дать общую картину процесса усталостного разрушения от первых стадий циклической микропластической деформации до окончательного разрушения с позиций современных представлений металлофизики и механики разрушения.

Автор хотел бы выразить благодарность своим коллегам и соавторам научных работ, которые были в основном выполнены в лаборатории прочности металлических материалов Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН. Особенно автор признателен профессору, д.т.н. B.C. Ивановой за многолетнею помощь и поддержку исследований в области изучения механизмов усталостного разрушения.

ПРЕДИСЛОВИЕ
В. Ф. Терентьев

Книги на ту же тему

1. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках, Гусев А. С., 1989
2. Трибология сталей и сплавов: Учебное пособие для вузов, Сорокин Г. М., Малышев В. Н., Куракин И. Б., 2013
3. Создание, исследование и применение жаропрочных сплавов: избранные труды (К 100-летию со дня рождения), Кишкин С. Т., 2006
4. Модифицированный чугун в машиностроении, Василенко А. А., Григорьев И. С., 1950
5. Литейное производство (общий курс), Бидуля П. Н., 1953
6. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: Эксперимент, теория, технологии, Мулюков Р. Р., Имаев Р. М., Назаров А. А., Имаев М. Ф., Имаев В. М., ред., 2014
7. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации, Углов А. Л., Ерофеев В. И., Смирнов А. Н., 2009
8. Механика сплошной среды. — 2-е изд., испр. и доп. В 2-х томах (комплект из 2 книг), Седов Л. И., 1973
9. Ползучесть элементов конструкций. — 2-е изд. стереотип., Работнов Ю. Н., 2014
10. Динамика разрушения деформируемого тела, Ионов В. Н., Селиванов В. В., 1987
11. Механика хрупкого разрушения, Черепанов Г. П., 1974
12. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трёх томах (комплект из 3 книг), Биргер И. А., Пановко Я. Г., ред., 1968
13. Поверхностная индукционная закалка, Вологдин В. П., 1947
14. Конструкционная прочность материалов, Кишкин Б. П., 1976
15. Прочность шарнирных узлов машин. Справочное пособие, Сухарев И. П., 1977
16. Проблемы машиноведения: точность, трение и износ, надёжность, перспективные технологии, Булатов В. П., ред., 2005