Разрыв металла при усталости — это сложный процесс, в основе которого лежат несколько физических механизмов. Основные аспекты, влияющие на усталостную прочность металлов, включают:

Циклические нагрузки: При изменении нагрузки в течение времени возникают циклы нагрузок (напряжений), которые приводят к накоплению повреждений.

Микроструктурные изменения: Под действием циклических нагрузок в материале могут происходить микроструктурные изменения, такие как образование микротрещин, что приводит к потере прочности.

Формирование трещин: В процессе циклической нагрузки могут возникать малые трещины, которые со временем будут расти. Трещины чаще всего развиваются на границах зерен или в областях с напряженными состояниями.

Пропаганда трещин: По мере увеличения циклического нагружения существует вероятность того, что трещины начнут расти и могут достичь критического размера, что приводит к разрыву.

Критические размеры трещин: На стадии, когда трещины достигают определенного критического размера, разрыв происходит мгновенно.

Для проверки долговечности материалов и оценки их усталостной прочности проводят специальные испытания. Наиболее распространенные методы испытаний включают:

Испытания на изгибе: Оценка поведения образца при изменений нагрузки в трехточечном или четырехточечном изгибе.

Циклические испытания на растяжение и сжатие: Выполнение циклических нагрузок в условиях растяжения и сжатия для изучения уставших характеристик материала.

Испытания на крутящий момент: Оценка усталостной прочности материалов на вращательных образцах с накладыванием циклического крутящего момента.

Испытания на сжимание: Используются для моделирования условий, при которых материал подвергается сжимающим напряжениям.

Эндурометры и усталостные машины: Использование специализированного оборудования, имеющего возможность регулировки частоты и амплитуды нагрузки в реальном времени.

Каждый из этих методов позволяет получить данные о предельных значениях циклической нагрузки, при которых материал начинает проявлять признаки усталости и, в конечном итоге, разрыва. Результаты испытаний могут быть использованы для построения диаграмм усталости, что позволяет предсказывать долговечность конструкций.