Втомний злам дуже часто починається на незначних поверхневих дефектах, тому стан поверхні чинить великий вплив на втомну міцність. Рис. 9.5 ілюструє вплив стану поверхні на втомну міцність.
Найвищу величину межі втоми має полірована поверхня. Тому зразки, які випробовують на втомну міцність згином під час обертання, мають поліровану поверхню. Зі збільшенням шорсткості поверхні величина межі втоми зменшується.
Для сталей, що мають високу міцність на розрив, цей вплив поверхні різкіше виражений, ніж для сталей з меншою міцністю. Дуже несприятливо впливають на втомну міцність щербини і прокатна окалина на поверхні.
Рисунок 9.5 – Вплив якості поверхні на втомну міцність: 1– полірована поверхня; 2 – шліфована поверхня; 3 – точена поверхня; 4 – поверхня з буртиком; 5 – поверхня з надрізом гострого профілю; 6 – поверхня, покрита прокатною окалиною; 7 – корозія, спричинена водою
Особливо сильно зменшується величина межі втоми матеріалу під дією корозії. Раковини, що утворюються на поверхні, можуть служити причиною утворення втомних тріщин. При випробуванні на втомну міцність кородованих
зразків з'ясувалося, що і після того як матеріал витримає встановлене число циклів навантаження, лінія, що виражає залежність навантаження від числа циклів, не стає паралельною осі абсцис (рис. 9.6). Тому при випробуванні коро-дованих матеріалів можна визначити не межу втоми як таку, а лише обмежену витривалість матеріалу.
Застосовуючи відповідну обробку поверхні матеріалу, можна підвищити величину його межі втоми. Особливо ефективний наклеп поверхні, який може бути створений піскоструменевою або дробоструменевою обробкою поверхні матеріалу.
Рисунок 9.6 – Схемати-чне зображення кривої Велера для кородова-ного зразка
Дія останніх двох методів ґрунтується на тому, що на поверхні виникають власні напруження стиснення, які можуть зменшувати концентрації напружень на «дні» різних подряпин.
Підвищення величини межі втоми внаслідок стискних напружень може бути досягнуте також нітрацією поверхні, поверхневим гартуванням або застосуванням гальванопокриттів. Проте поверхнева обробка, хоча і підвищує міцність щодо дії динамічного навантаження, але в той же час знижує міцність матеріалу щодо дії ударного навантаження. Тому перш ніж проводити такого роду обробку матеріалу, потрібно ретельно встановити, якому виду навантаження переважно піддається та або інша деталь конструкції.
При нітрації поверхні можуть виникнути напруження стиснення до 700 МПа. Цементація викликає набагато менші напруження. Зі збільшенням товщини шару поверхневої обробки величина поверхневих напружень зменшується.
У спеціальній літературі вказується на те, що цементацією поверхні можна на 30–20% підвищити міцність щодо дії знакозмінного згинаючого навантаження. Незважаючи на дуже відмінні між собою дані, можна все ж таки вважати, що існує оптимальне співвідношення між глибиною цементації і товщиною матеріалу. У табл. 9.2 показано вплив глибини цементації на втомну міцність циліндричних сталевих зразків щодо дії знакозмінного згинального навантаження.
Таблиця 9.2 – Вплив товщини шару цементації на межу втоми низьковуглецевої сталі
Серія
дослідів
Глибина
цементації (до шліфування), мм
Товщина шару
цементації
(після шліфування), мм
Межа
втоми, МПа
1
0
0
620
2
0,4
0,3
650
3
0,4
0,2
700
4
0,4
0,1
660
* Цементований шар гартували при 820–840°С масла, відпуск проводили при 200 °С протягом 2 год
