Циклическая прочность. Экспериментальные значения циклической прочности приведены на рис. 6. В области малоцикловой усталости наиболее высокими усталостными свойствами обладает сталь, обработанная по режиму 3 (также наиболее высокие механические свойства). Самым низким сопротивлением усталости обладает режим 2 и 0. Различия между сталью 09Г2С и сталью 3 обоих типов на базе »10 5 циклов нагружения практически не наблюдается. Видно, что режимы, контролируемой прокатки стали 3 оказывают на циклическую прочность практически такое же влияние, как и на предел текучести.

Циклическая трещиностойкость. Влияние различных режимов контролируемой прокатки на кинетические диаграммы усталостного разрушения стали 3 типа 3 показано на рис. 7. Сравнение диаграмм стали 09Г2С и стали 3 приведено на рис. 8. Основные характеристики циклической трещиностойкости приведены в таблице 3. Пороговый размах коэффициента интенсивности напряжений DКth нелинейно зависит от механических свойств. Минимальное значение DКth имеет сталь 3, обработанная по режиму 8, что вызвано неравномерностью структуры. Наиболее высокий уровень DКth имеет сталь 3 режим 3. Промежуточный уровень DКth у стали 09Г2С, имеющий большое ферритное зерно, вызван вероятно, повышенным уровнем закрытия трещины. Аналогичную нелинейную зависимость от d0,2 имеет и n- тангенс угла наклона зависимости lgDK - lgV. Интересна зависимость n от DКth (рис. 9). Можно предположить, что для этого типа сталей угол наклона n для каждого ниже 10 МПаÖм остается практически постоянным (примерно на уровень 4), а при более высоких DКth резко возрастает. Параметр n характеризует сопротивляемость материала распространению трещин, а DКth их зарождению. С учетом того, что практически все конструкции имеют конструктивные дефекты в виде зародышевых трещин, то с точки зрения циклической трещиностойкости наилучшими свойствами будет обладать материал, имеющий наиболее приемлемое сочетание между n и DКth. Предложено взаимосвязь между DКth и n выразить через их отношение: DКth/n. Этот параметр для исследуемых материалов приведен в таблице 4. Как будет показано дальше этот параметр имеет смысл с самого момента зарождения трещины на гладкой поверхности материала.

Сопротивление распространению малых трещин. Многие исследователи считают, что зарождение и рост малых усталостных трещин занимает до 80 и более % из общей долговечности конструкции. В настоящее время к исследованию малых трещин приковано внимание большинства ведущих прочнистов. Эту проблему начали изучать сравнительно недавно (первая работа появилась в 1975г. (12). Изучение малых трещин методически очень сложно и требует высококачественного оборудования и больших затрат времени.

Исследования распространения малых усталостных трещин проводилось на образцах 30 (тип 0). На первом этапе нагружения в ферритных зернах появлялись устойчивые полосы скольжения (УПС). Они зарождались у границ зерен и росли в тело зерна. Как правило в одном зерне зарождались несколько УПС, но распространялась лишь одна, посередине.

Через несколько тысяч циклов нагружения в УПС зарождалась трещина, причем УПС не обязательно пересекало все зерно. Момент образования трещин в УПС очень трудно определить, вследствие того, что на фотографиях при относительно небольшом увеличении (500) УПС выглядят в виде широкой черной полосы. Некоторые УПС пересекали границу зерна и прорастали в соседнее зерна феррита, но только в том случае, если направление плоскостей скольжения этих зерен были близки. На границах ферритных и перлитных зерен трещины не зарождались, что вероятно вызвано более низкой пластичностью перлитных зерен по сравнению с ферритными. После зарождения распространялось несколько трещин, находящихся на достаточно большом расстоянии друг от друга, что вероятно вызвано взаимным влиянием полей напряжений трещин. На начальном этапе трещины распространялись только по зернам феррита. Перед вершиной трещин образовывалась пластическая зона, причем размер ее равнялся размеру того зерна феррита, в котором вершина находилась. Вероятно, на границах зерен происходила остановка трещин и только после развития пластики в предлежащем зерне распространение трещин продолжалось. Экспериментально подтвердить это предположение не удалось из-за высокой частоты нагружения.

Сравнение кинетики малой и длинной усталостных трещин проведено на рис. 9. Вычисление Dt для малых трещин проводили по формуле, а для длинных трещин по формуле Dt=DK2/E (13). Из рисунка видно, что точки для малых трещин лежат близко к прямой, проведенной как продолжение среднего участка кинетической диаграммы длинной трещины. Таким образом, можно сделать предположение, что кинетику роста малых трещин можно прогнозировать по кинетике длинных. Аналогичный результат получили B.-T.Ma и Caivd (8) при сравнении роста малых трещин в монокристаллах меди и длинных трещин в поликристаллах.

ВЫВОДЫ

1. Наиболее высокими механическими свойствами, циклической прочности и циклической трещиностойкости обладает сталь 3, охлажденная в воде после последнего с температуры 750С (режим3).

2. Сталь 3 (режим 3) при комнатной температуре обладает более низким КС по отношению с другими режимами, но при низких температурах их значение практически выравнивается.

3. Сталь 09Г2С обладает более низкими механическими свойствами по сравнению со сталью 3, но более высокой сопротивляемостью ударному разрушению (в 2 раза).

4. Наиболее высоким комплексом всех механических свойств обладает сталь 3 (режим 3), что делает ее наиболее пригодной при использовании в конструкциях, работающих при низких температурах.

5. Кинетику роста малых усталостных трещин можно прогнозировать по кинетике длинных трещин, как продолжение прямолинейного участка на кривых циклической трещиностойкости.