Сопротивление усталости и холодное деформирование
Для применения металлов в качестве строительных материалов в машиностроении, транспорте, авиации и т. д. важнейшим свойством является сопротивление усталости.
Для характеристики материала в этом отношении удовлетворяются обычно определением сопротивления усталости на образцах при испытании на переменный изгиб с вращением. Однако эта характеристика материала передает действительное поведение материала при длительных нагрузках лишь приблизительно, так как большое влияние при этом имеют вид и пределы нагружения, а также дополнительные влияния от действия надрезов и коррозии. О их влиянии мы знаем пока лишь из опытов на растяжение. По этому вопросу имеется обширная литература.
Изучению зависимости сопротивления усталости от холодного деформирования до сих пор уделялось мало внимания. Первые исследования принесли сильно колеблющиеся результаты. Получается, вообще говоря, что от применения нагартованного материала в конструкциях, претерпевающих длительные нагрузки, не следует ожидать никаких преимуществ, так же. впрочем, как и недостатков.
Однако, не совсем соответствует действительности. Холодная деформация может даже значительно улучшить сопротивление усталости в особенности тогда, когда путем отпуска устраняются вредные внутренние напряжения. Образцы, испытываемые на растяжение, должны тщательно полироваться, так как в противном случаев возникающие при растяжении поверхностные шероховатости понижают сопротивление усталости.
Значительно большим и практически более важным может оказаться по Туму (Thum) действие внутренних напряжений, которые возникают при холодных деформациях в конструкциях, имеющих надрезы и отверстия. С одной стороны, весьма неблагоприятное действие оказывают растягивающие напряжения в поверхностных слоях сегментов работающих на изгиб, которые могут возникать, скажем, при предварительной осадке надрезанных образцов. О другой стороны, сопротивление усталости при переменном изгибе может значительно возрасти при наличии добавочных сжимающих напряжений у поверхности, которые соответственно понижают максимальное растягивающее напряжение. Эта выгодная сторона может быть использована в цилиндрических частях и резьбах при применении специального способа прокатки. Особенно благоприятно действует такая обработка при работе конструкции в условиях коррозионных воздействий (усталость коррозии), которые при наличии больших растягивающих напряжений весьма сильно понижают сопротивление усталости большинства материалов.
Некоторое значение имеют также изменения свойств, которые вызывает в материале длительная нагрузка. Если она достаточно высока, то вызываются остаточные деформации. Однако их действие вследствие непрерывного изменения направления существенно иное, чем действие остаточных деформаций, вызванное постоянной нагрузкой. Упрочнение в первом случае незначительно и с трудом устанавливается. Наряду с этим имеет место расстройство материала, которое устанавливается еще труднее. На самом сопротивлении усталости эти явления сказываются в том направлении, что оно повышается при действии не превосходящих его напряжений и, наоборот, понижается при напряжениях, превышающих его. При медленном увеличении нагрузки сопротивление усталости может возрастать до 30% справедливо также для хрупких в литом состоянии сплавов.