О много- и гигацикловой усталости металлов и сплавов при одноосном нагружении

Проблеме обеспечения безопасной эксплуатации конструкций с длительными сроками службы посвящено обширное количество работ последних лет, актуальность которых, в том числе, связана с необходимостью продления сроков службы их элементов. В зарубежных работах построение кривой усталости в много- и гигацикловой областях при симметричном одноосном нагружении основывается на модели Х. Муграби с выделением двух механизмов зарождения усталостного разрушения: от очагов микроразрушения на поверхности образца с образованием устойчивых полос скольжения (область ограниченной усталости) и от геометрических концентраторов структуры внутри и на границах зерен, около включений и др. в обьеме тела с формированием области мелкогранулированной зернистой структуры “рыбий глаз” и образованием блестящих фасеток микроскола (область гигацикловой усталости). В области многоцикловой усталости наблюдаются оба механизма зарождения микроразрушения. В отечественной литературе рассматривается бифуркационная кривая усталости с наличием области, в которой эти механизмы реализуются с разной вероятностью, полагается возможным разрыв кривой усталости и существование нескольких пределов выносливости. Различные ветви кривой описываются различными степенными зависимостями предельной амплитуды напряжения от числа циклов. В докладе показывается, что диаграмма Х. Муграби и бифуркационная кривая усталости отражают на одном графике области разных кривых усталости при разных частотах симметричного одноосного нагружения. Обсуждаются классы с зависящими и не зависящимися от частоты нагружения материалов. Для никелевого сплава ЭИ437Б и 9–12$\%$ хромистой мартенситной стали, усталостные свойства которых не зависят от частоты, строятся области развития хрупких микро-, мезо- и макродефектов и кривые усталости по уровням дефектности, которые удовлетворительно описывают опытные данные. Первый из описанных выше механизмов является механизмом вязкого разрушения с развитием неупругого деформирования, возможно, имеющий место в области ограниченной усталости пластичных материалов. Второй механизм — это механизм развития хрупкого разрушения, который является определяющим в областях гигацикловой усталости. Очаги хрупкого микроразрушения вероятны как в обьеме тела, так и на поверхности от геометрических концентраторов структуры, когда поверхность опережает в накоплении микродефектов внутренние обьемы тела. Оба механизма имеют место при нагружении с любой частотой в зависимости от числа циклов. В области ограниченной усталости пластичных материалов идут одновременно процесс развития вязкого разрушения по первому механизму и развитие хрупких микро- и макротрещин по второму механизму. Предельная амплитуда напряжений является функцией трех переменных: числа циклов, частоты нагружения и температуры. Базовые характеристики модели масштабно-структурного разрушения материалов необходимо рассматривать как функции частоты нагружения и температуры.