Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов

24.01.2017

Общая характеристика σ/N кривых для магниевых сплавов. Типичные σ/N кривые для трех литейных магниевых сплавов, испытанных на изгиб с вращением, представлены на рис. 236, 237. Эти кривые имеют обычный перегиб, после которого наблюдается небольшой наклон к горизонтали. В обычных испытаниях по Вёлеру перегиб обычно имеет место в интервале 5*10в5—10в6 циклов. Свыше приблизительно 10в6 циклов уменьшение в напряжении для десятикратного увеличения числа циклов составляет только 0,16—0,6 кГ/мм2 для полированных образцов, испытанных на воздухе (табл. 66). Эта величина значительно меньше, чем для алюминиевых сплавов, для которых σ/N кривые идут сравнительно более круто, возможно, благодаря более медленному разупрочнению наклепанных и состаренных структур. При некоторых условиях магниевые сплавы могут показывать даже истинный предел выносливости.
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов

Значения циклической прочности для магниевых сплавов при испытаниях на изгиб с вращением. Значения циклической прочности на базе 5*10в7 циклов для различных сплавов при комнат ной температуре представлены в табл 67 В то время как отношение циклической прочности к пределу текучести (которое не имеет определенного физического смысла) сильно изменяется, отношение циклической прочности к пределу прочности колеблется в пределах всего лишь 0,3—0,5. По мере того как температура испытания увеличивается, кривая циклической прочности снижается приблизительно параллельно снижению кривой предела прочности (рис. 238).
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов

Усталость при изгибе, растяжении — сжатии и кручении: основные эффекты, связанные с формой и величиной образцов. При рассмотрении результатов лабораторных испытаний на усталость следует иметь в виду следующее.
Наиболее обширные данные относятся к испытаниям на изгиб с вращением ввиду относительной простоты аппаратуры, требующейся для этих испытаний. При обычной консоли, нагруженной в двух точках, распределение напряжений вдоль рабочей части образца не является однородным, и испытания по существу ведутся на ограниченной длине вблизи точки максимума напряжения. Поэтому, вероятно, качество поверхности, а также присутствие и ли отсутствие в этой области включений и пор будут сильно сказываться на результатах испытаний. Благоприятное распределение напряжений может быть получено при трехточечном нагружении или при использовании образцов с суживающимся сечением подходящей формы. У очень маленьких образцов вероятность раскрытия дефектов, вызывающих концентрацию напряжений, при обработке на станках меньше и циклическая прочность выше (рис. 239). По той же причине следует ожидать, что большие образцы для усталостных испытаний дадут более низкие значения, чем стандартные образцы.
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов

При испытаниях на изгиб с вращением внешние слои образца испытывают наиболее высокие напряжения и дефекты, которые находятся на значительном удалении от поверхности, могут не влиять на выносливость, так как напряжения вблизи них невелики. Однако при испытаниях на растяжение — сжатие напряжения равномерно распределены по всему объему металла и дефекты, находящиеся под поверхностью, могут оказывать влияние на результаты испытаний Кроме того, при испытаниях на изгиб номинальное напряжение на поверхности, рассчитанное по изгибающему моменту и моменту сопротивления, больше, чем истинное напряжение на поверхности, вследствие того, что кривая зависимости деформации от напряжения не является прямолинейной. Вследствие этого результаты испытаний на растяжение—сжатие являются более низкими, чем результаты испытаний на изгиб; различие уменьшается с увеличением толщины образца. При испытаниях на изгиб имеет место также эффект формы, причем результаты, полученные на плоских образцах, являются более низкими, чем на круглых. Значения циклической прочности являются также более низкими для образцов с двутавровым или полым сечением, у которых материал, поддерживающий находящиеся под высоким напряжением поверхностные волокна, находится в меньшем объеме.
Информация о циклической прочности при испытаниях на растяжение — сжатие более ограничена. По-видимому, при симметричном цикле значения циклической прочности для растяжения — сжатия составляют 2/3 значений по Вёлеру, а соответствующие значения в условиях растяжения — половину от 2/3 значений по Вёлеру.
Усталость при высоких напряжениях. Имеются данные Оберга и Трэппа для ограниченного числа циклов с высокими напряжениями. Эти данные относятся к знакопеременному изгибу и осевой нагрузке. При знакопеременном изгибе и испытаниях образцов без надреза сплав будет выдерживать около 1000 циклов при номинальном максимальном напряжении, равном пределу прочности.
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов

Переменные напряжения. Общее направление, в котором происходит изменение циклической прочности при воздействии постоянного и переменного напряжения, иллюстрируется рис. 240—242, выполненными на базе некоторых очень недостаточных данных. Из этих рисунков следует, что имеется тенденция к аддитивности эффектов, связанных с постоянным и переменным напряжением. Это проявляется в том, что если нанести точки, определяющие циклическую прочность, в координатах переменное напряжение — среднее напряжение, то они хорошо ложатся на прямую, соединяющею предел выносливости при симметричном цикле и предел прочности. Это, по видимому, относится как к испытаниям на изгиб, так и к испытаниям на растяжение — сжатие. Необходимо также отметить следующее:
а) допустимое переменное напряжение значительно выше для среднего сжимающего напряжения, чем для среднего растягивающего напряжения той же величины. В результате этого переменные нагрузки при сжимающем напряжении менее вредны, чем при растягивающем. Это объясняется тем, что предел прочности при сжатии значительно больше чем при растяжении;
б) кривые переменного напряжения для сплава AZG падают неожиданно быстро с увеличением среднего растягивающего напряжения, что наводит на мысль о присутствии «внутренних надрезов». Ввиду высокой чувствительности этого сплава к микропористостпи такое объяснение весьма вероятно. У плотного материала, например у деформируемого сплава AZ855, кривая может быть изогнута в противоположном направлении. Некоторые опубликованные данные (рис. 246) о сплаве ZW2 (Mg—2% Zn 0,6% Zr) свидетельствуют о наличии таких же причин (испытуемый материал был приготовлен до разработки метода, позволяющего избежать присутствия твердых включений).
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов

Сравнение имеющихся данных усталостных испытаний на изгиб и при осевом нагружении не показывает какого-либо различия в форме σ/N кривых, если не принимать во внимание наклона после перегиба или четкости выявления перегиба (рис. 244, 245). σ/N кривые для осевой нагрузки для чистого магния и некоторых сплавов на основе магниевого твердого раствора характеризуются горизонталью как при комнатной температуре, так и при 250° С. Для сплава MSR тенденция к снижению после перегиба (рис. 245) указывает на деформационное перестаривание.
Лабораторные испытания магния на воздухе гладких образцов