ИСТИНА

Настоящее исследование посвящено актуальной проблеме много- и гигацикловой усталости клапанных пружин, пружин подшипников и системы подвески из высокопрочных сталей при циклическом кручении с коэффициентами асимметрии цикла и различным состоянием поверхности [1,2]. Вследствие требований минимального рабочего веса при максимальном сроке службы в статически деформированных пружинах возникают крутильные колебания с высокими амплитудами до одного миллиарда циклов. При применяемых технологиях производства возможно образование на поверхности технологических дефектов, мелких царапин. Проанализированы данные Kaiser et all. на представительном классе пружинных сталей, Akiniwa et all. на сталях SiCr, Hue and Bathias на феррито-перлитных и мартенситных сталях, Schuller et all. на сталях VDSiCr, Shimamura et al. на углеродистых и не науглероженных сталях типа SCM420H, Sandaiji et all. на подшипниковых сталях JISSUJ2, Karr U. et al. на ферритно-перлитных, мартенситных и углеродистых сталях, Mayer H. на мягких сталях 0.15%С и сталях VDSiCr, в том числе, о механизмах эволюции микро- и макротрещин при асимметричном кручении с различными типами включений и состоянием поверхности. Распространенная гипотеза заключается в том, что асимметрия цикла сдвига не влияет на пределы многоцикловой усталости сталей в упругой области. Bместе с тем существуют данные по ее существенному влиянию на развитие усталости, например, в пружинных сталях VDSiCr и SWOSC-V [1]. Особенно проявляется эта проблема в областях гигацикловой усталости сталей, не имеющих предела выносливости (например, для сталей SiCr, SiCrV). В целом, влияние постоянной компоненты сдвига меньше, чем при осевом нагружении, особенно, для пластичных материалов. Разрушения сталей при асимметричном кручении связаны с состоянием поверхностного слоя, наличием дефектов механической обработки, остаточными напряжениями растяжения, технологической наследственностью, структурной неоднородностью матрицы, случайным распределением пор, литейных дефектов и др., а также возможным зарождением и развитием коррозионных дефектов в процессе эксплуатации. Гигацикловая усталость в ряде случаев начинается с образования микродефектов в обьеме тела около структурных неоднородностей матрицы или от различных включений. Более 90% общей долговечности сталей приходится на развитие микроразрушения. Отмечается стадийность развития усталостного разрушения. Представлены результаты расчетов по модели [3,4] для стали SWOSC-V, согласно которой разрушение рассмотрено на шести масштабно-структурных уровнях, выписаны определяющие соотношения для вероятности разрушения и уравнения кривых усталости по уровням дефектности. В этих соотношениях переменными являются амплитуда сдвига и число циклов нагружения. Предложены выражения для базовых значений в зависимости от асимметрии цикла, глубины и ориентации поверхностных царапин. Исследовано влияние асимметрии на пределы усталости гладких- и поврежденных образцов по различным уровням дефектности, построены диаграммы Хея выносливости стали SWOSC-V и показано хорошее соответствие опытным данным. Во всех рассмотренных случаях в диапазоне наличие асимметрии цикла не влияет на пределы усталости по уровням дефектности. При пределы усталости уменьшаются, в среднем, на 12% по сравнению с симметричным случаем. С ростом глубины царапины от 0.04 мм до 0.14 мм пределы усталости уменьшаются, в среднем, на 27%. С изменением угла ориентации царапины с осью образца от до пределы усталости уменьшаются, в среднем, на 20%.