Когда наступает усталость металла

Едва Шатунов умер, селебрити принялись рыдать на камеру, сотрясая эфир словом «Легенда». Разговоры о Шатунове приобрели мистическую окраску, таблоиды верещат о «проклятии «Ласкового мая», перечисляя людей, которые соприкасались с ансамблем и быстро сгорели.

Очень удобно все валить на проклятие, возлагая ответственность за происшедшую трагедию на злые духи, а не злые души. Те самые души, что сейчас захлебываются превознося Шатунова (он больше не опасен), а при жизни именовали солиста «Выскочкой», «Халтурщиком», «Фанерщиком», «Аферистом».

Причем здесь проклятие? Вы и убили-с.

Будем честными, сердце Шатунова вынесло столько, что удивительно как раньше не разорвалось.

Жизнь бросала парня из жары в холод, а он только закалялся, все больше и больше. Но и металл рушит усталость.

Представьте мальчика, очутившегося не просто в детском доме, а с воспоминанием, что ведь были у него, черт возьми!, мама и папа.

• Этого мальчика берут в оборот композитор Сергей Кузнецов и продюсер Разин, после чего на советской эстраде наступила эра «Ласкового мая» (ПОЧЕМУ АВТОР «БЕЛЫХ РОЗ» НЕНАВИДИТ «ЛАСКОВЫЙ МАЙ»).
• Сказка?
• А ведь было.
• Только сказка оказалась слепленной по закону джунглей жизни, то бишь с финалом плачевным.

Шатунов выстрелил, поскольку оказался первым на советской эстраде мальчиком для девочек подросткового возраста.

На него играло детдомовское детство, внешность пацана с соседнего двора, печальный голосок, выводящий трогательно про белые розы.

Как заметил в появившейся тогда статье о Шатунове Павел Крючков: «По-моему, стоит задуматься над словами юных зрителей: «Наконец-то у нас появился свой ансамбль».

Учитывая гастрольный размах и желая грести деньги не совком, а совковой лопатой Разин поставил солистов в «Ласковом мае» на бесперебойный поток. Запомнился из десятка парней только Шатунов, что уже свидетельствовало о потенциале, но его же и приплели к черным разинским схемам.

Репутация «Ласкового мая» «поплыла» из-за мухлежа с составами, пения под фанеру с имитацией игры на музыкальных инструментах. Расплачиваться за весь этот джаз пришлось Шатунову и только ему.

Разин никогда не стремился собственно к творчеству, успокоясь на бабках, Юра же возвращал звание приличного исполнителя, очищаясь от фанерной попсы, не годы, десятилетие.

Представьте мальчика, который вознесся из детдома в хит-парады и в мгновении ока потерял все. Проект «Ласковый май» просуществовал пятилетку.

Позже Шатунов скажет:

«Я обижен на Россию. Когда не стало «Ласкового мая», все забыли про Шатунова. Я оказался никому не нужен здесь».

Так работает шоу-бизнес, — сегодня ты нужен, завтра нет, послезавтра появится возможность оседлать ретро-волну.

Помню в середине девяностых, я разглядел в уличной палатке альбом Шатунова «Ты помнишь» и был искренно удивлен не тому, что парень жив, а тому, что его альбом кто-то может купить.

Казалось, «Ласковый май» мелькнул и не вернется, как не вернутся кооперативные вафельные трубочки по трюльнику за штуку; кубик жвачки «Дональд» за ту же сумму; брюки-бананы с накладными карманами на штанине, куда лихо и демонстративно можно было запихнуть газетку «Ласковый май» (была и такая).

Насколько был не нужен вчерашний кумир, свидетельствует следующий факт: популярная телепередача «Акула пера» загнулась, поскольку перебрала все более-менее значимые персоналии для журналистского допроса. Так вот, Шатунова на эфирный правёж даже не звали.

Хватало для ударов в сердце и привходящих трагедий. Представьте, что друга, который приехал в гости, убивают при выходе из вашего подъезда? Так на глазах Шатунова убили 19-летнего клавишника «Ласкового мая» Мишу Сухомлинова.

В результате Шатунов затаился от града и мира сначала в Сочи, потом уехал в Германию, получил там профессию звукорежиссера, женился.

Но наступило послезавтра.

Шатунова вернула на эстраду ретро-ностальгия. В начале нулевых он начал гастролировать. Несмотря на линейку новых песен, ждали от него только а-ля «Белые розы».

Здесь возникала напряженка в отношениях с Разиным, который в зависимости от своего прихотливого настроения, то разрешал бывшему протеже гастролировать со старым материалом, то накладывал вето. «Я являюсь заложником этих песен, которыми он обладает», — признавался Шатунов.

Последнее судебное разбирательство закончилось за пару дней до смерти Шатунова. Суд, наконец, признал его право исполнять популярные композиции, но кому от этого легче?

1. Представьте дяденьку, который на протяжении ряда лет вынужден исполнять одно и тоже, играя почти в полтос в затянувшуюся юность на фоне рассуждений высоколобых исполнителей «Да кто он такой, фанерщик!»
2. Шатунов говорил:
3. «К сожалению, все, даже самые гениальные пишущие журналисты, смотрят на меня со своей колокольни и относятся ко мне предвзято»

Не знаю кому как, но мне лично была видна выжженность Шатунова. Смотря интервью с ним, я неизменно приходил к выводу, что этот парень внутри пуст, ничего не хочет, хотя мужественен и собран. Слишком большой груз накопил по жизни. Металл устает.

Вообще молва хоронила Шатунова неоднократно. Разин прогнозировал его смерть от короновируса, поскольку Юра курит с детства, и если заразится, то капут.

Журналисты придумали автокатастрофу, «разбив» певца до леталки.

Бывали и серьезные звоночки. В 2019 сорвался концерт Шатунова в Новосибирске из-за госпитализации певца с зубной болью.

• Зимой нынешнего года после гастрольного тура Шатунов слег в клинику в связи с общим истощением организма.
• Скончался в ночь на 23 июня от обширного инфаркта.
• Светлая память!

Опасность усталости металлов

Усталость металла – распространенная причина выхода из строя разной техники. Это не обязательно происходит после многих лет пользования оборудованием или автомобилей.

Причина кроется в периодических динамических нагрузках, которые воздействуют на отдельную деталь или узел не только при эксплуатации, но и в производстве.

Из-за этого происходит разрушение материала, даже если величина напряжения не достигла максимального значения по прочности.

Что такое усталость металла

Это процесс, при котором постепенно накапливаются повреждения в детали под воздействием переменных напряжений, в результате чего изменяются свойства материала, образуются и развиваются трещины, из-за чего материал разрушается. Разрушение происходит на протяжении указанного количества циклов нагружения. Если деталь не была подвержена расчету на усталостную прочность, то разрушение может возникнуть неожиданно.

Почему происходит

Вследствие локального перенапряжения компонента образовывается небольшая, медленно растущая трещина с последующими рабочими циклами, при этом компонент ослабевает. При достижении трещиной критических размеров, происходит резкий выход компонента из строя. У такого отказа есть название — механическая усталость металлов.

Есть три стадии усталостного разрушения:

1. Трещина образуется.
2. Трещина распространяется.
3. Металл разрушается.

При поддержании локальных напряжений ниже определенного значения, металл не имеет усталостного разрушения, и деталь удовлетворительно работает бесконечно. Это значение называют пределом выносливости.

Усталость металла зависит от наличия концентраторов напряжения (отверстий, сварных швов, зазубрин, коррозии). Большая роль отводится качеству поверхности детали. При гладких поверхностях, усталостная долговечность увеличивается.

Существуют разные типы усталостного разрушения металлических деталей, которые зависят от происхождения:

• Температурная история нагружений (когда разрушения образовываются из-за перепадов температур).
• Совместные циклы давления и температуры.
• Высококоррозионная среда (первая трещина возникает в месте, пораженном коррозией).
• Постоянная вибрация, издаваемая механическим оборудованием.

Усталость металла как определить

Благодаря экспериментальным методам исследования усталости металлов можно обеспечивать надежность, долговечность конструкций, которые работают в условиях переменных нагрузок. Испытания на усталость проводятся для хрупких, малопластичных и пластичных материалов. При этом проверка металла на усталость может быть ускоренной или длительной.

Зачастую чтобы узнать предел выносливости используется вращающийся образец (гладкий или с наличием надреза) в условиях симметричного цикла. При этом количество циклов знакопеременных нагружений может достигать больших значений. При заданной нагрузке проводится испытание, которое завершается в момент разрушения образца.

По итогам испытания фиксируется количество выдержанных циклов.

Опасности усталости металлов

Это явления не проявляется мгновенно, в чем кроется главная опасность. Необходимо время, чтобы в материале начали происходить изменения, которые зачастую внешне незаметны.

Характер этих изменений определяется исходными свойствами материала, напряженным состоянием, особенностью нагружения, влиянием внешней среды.

Со временем снижается сопротивляемость разрушению, из-за чего возникают усталостные повреждения.

Усталость металла зависит от условий эксплуатации конструкции. В условиях активной среды при высоких температурах негативные процессы протекающие в материале значительно ускоряются.

Если есть разные структурные неоднородности, металлические включения, неравномерно распределены легирующие элементы, поверхность является недостаточно чистой – сопротивляемость материала снижается.

Для предотвращения этих процессов применяется различная поверхностная обработка, за счет чего в верхнем слое материала создаются остаточные напряжения сжатия. Зачастую для этого применяется диффузионное насыщение, наклеп или поверхностная закалка (лазерное упрочнение).

Если Вам требуется лазерная резка деталей, подробнее можно узнать по ссылке.

Усталость металлов и сплавов и её влияние на надежность оборудования

• Усталость металлов и сплавов и её влияние на надежность оборудования.
• Усталость – это такое неравновесно-напряженное состояние материала, при котором он уже неспособен сопротивляется накоплению в нем отрицательных остаточных явлений и противодействовать разрушающей силе меньшей предела прочности это го материала.
• F=const

F = 105дней

1. F2сопр трещина
2. Статическая усталость возникает в том случае, если на материал непрерывно длительное время действует статическая нагрузка, меньшая предела прочности материала
3. Если на материал действует динамическая нагрузка в виде ударов или вибраций, когда происходят знакопеременные нагрузки, то сжатие то растяжение, усталость наступает значительно быстрее. При этом может быть одноцикловая, малоцикловая и многоцикловая усталость
4. Одноцикловая усталость – это такое неравновесно-нагруженное состояние материла, которое проводит к разрушению его при нагрузке равной или несколько большей предела прочности этого материала при одноразовом нагружении.
5. Малоцикловая усталость – это такое неравновесно-нагруженное состояние материла, которое проводит к разрушению его при нагрузке равной или несколько большей предела прочности этого материала при малом количестве нагружаемых циклов (до 1000).
6. Многоцикловая усталость – это такое неравновесно-нагруженное состояние материла, которое проводит к разрушению его при нагрузке равной или несколько большей предела прочности этого материала при количестве циклов 105-106.
7. Основные виды усталсти.
8. Пороговая усталость – это такое состояние материала, при котором начинают появляться первые признаки необратимого неравномерно напряженного состояния.
9. Накопление усталости – это необратимый процесс (относительный) накопления неравновесно напряженного состояния, приводящего в дальнейшем к разрушению материала.

Накопленную усталость если она является не запредельной можно устранить с помощью термической обработки детали. Для этого детали нагревают до температуры 650-7500С, и выдерживают при этой температуре в течении часа.

Затем медленно остужают вместе с печью в течении 5-6 часов.

В результате такой термической обработке, называемой высокотемпературным отжигом, происходит рекристаллизация, то есть исчезновение старых кристаллов со следами деформации, и образование новых молодых кристаллов без всякой деформации.

• Для того чтобы вернуть детали сходную износостойкость, надежность и долговечность необходимо повысить её твердость, для чего деталь подвергается закалке, поверхностной или объемной. А именно её нагревают до температуры 8500С, выдерживают при этой температуре 15-20 минут и резко охлаждают в воде или масло и материал приобретает высокую твердость
• Предельно допустимая усталость – такая степень неравновесно напряженного состояния, которая не является причиной его разрушения и которая может быть устранена при помощи термической обработки.
• Критическая усталость – это такое неравновесно напряженное состояние материала, при котором он неспособен противодействовать разрушающей силе гораздо меньшей предела прочности этого материала

Полная усталость – это такое неравновесно напряженное состояние материала, при котором он способен к саморазрушению, или разрушается под воздействием незначительной внешней силы, то есть при полной 100% усталости материал разрушается даже безх видимых причин. В таком состоянии материал омолодить при помощи термообработки невозможно, его возможно только переплативть.

Частичная усталость – это такое неравновесно напряженное состояние материала, при котором он еще способен оказывать значительное сопротивление внутренним напряжениям или внешней разрушающей силе. При частичной усталости материала может быть возвращен в исходное состояние путем термической обработки.

1. Локальная усталость – это усталость материалав отдельных локальных зонах.
2. Общая усталость — это уталость материала по всему объему детили.
3. Обратимая усталость – это такая величина неравновесно напряженного состояния, которая может быть уменьшена или полностью устранена за счет улучшающих обработок.
4. Остаточная усталость – это частично сохраненная напряженное состояние в материале после проведения термической обработки.
5. Поскольку старение и усталость металлов и сплавов существенно снижают их прочность, то это в свою очередь приводит к преждевременному разрушению детали за счет образования усталостных трещин, тем самым снижает надежность, долговечность и безотказность оборудования.
6. Для того чтобы повысить долговечность и срок эксплуатации оборудования необходимо повысить технический ресурс детали или снизить скорость, интенсивность падения технического ресурса деталей и оборудования.

что за фигня такая "Усталость металла" ?? и когда она наступает? всем вменяемым автомотам Здарова!)))

Валера Евграфов Знаток (370) 12 лет назад

Чем старее тем усталее.

Stan Marsh Профи (612) 12 лет назад

УСТАЛОСТЬ МЕТАЛЛОВ, прогрессирующее разрушение металлов, подвергаемых циклически повторяемому воздействию НАГРУЗОК.

Усталость металла может возникнуть в самом начале срока службы изделия из-за нагрузок, постепенно накапливающихся, когда металл охлаждается после процессов обработки. Это явление имеет особую важность в авиатехнике, т. к.

металлы могут трескаться, разрываться или деформироваться любым другим образом под действием повторяющихся нагрузок, гораздо меньшей силы, чем при единичной нагрузке.

Alexander Jaguar'OFF Профи (942) 12 лет назад

УСТАЛОСТЬ МЕТАЛЛОВ, прогрессирующее разрушение металлов, подвергаемых циклически повторяемому воздействию НАГРУЗОК.

Усталость металла может возникнуть в самом начале срока службы изделия из-за нагрузок, постепенно накапливающихся, когда металл охлаждается после процессов обработки. Это явление имеет особую важность в авиатехнике, т. к.

металлы могут трескаться, разрываться или деформироваться любым другим образом под действием повторяющихся нагрузок, гораздо меньшей силы, чем при единичной нагрузке.

Андрей Рыков Оракул (50247) 12 лет назад

когда метал испытывает переменные нагрузки (сжал-растянул) , то максимальные допустимые напряжения снижаются (то есть, он теряет прочность) усталость наступает при очень больших количествах циклов нагрузки-разгрузки (для стали около 10 000 000 — 100 000 000 циклов)

demoniqus Просветленный (49489) 12 лет назад

Металл после переплавки обретает определенную упорядоченную структуру атомов. Эта упорядоченная структура придает металлу большую прочность. В процессе эксплуатации изделия из металла в следствие больших нагрузок связи между атомами могут нарушаться, ослабевать. Это и есть усталость металла.

В более запущенных случаях это может приводить к трещинам и полному разрушению металлического изделия. Кстати, из-за этого явления была крупная железнодорожная катастрофа с участием пассажирского скоростного поезда — лопнул обод колеса и весь поезд сошел с рельс — число жертв превысило сотню.

Усталость металла достигла в ободе критического значения и даже образовались видимые невооруженным глазом изъяны, но по причине невнимательности они не были вовремя выявлены. С усталостью металла борются с помощью нагрева.

При нагреве до определенной температуры (не обязательно расплавлять металл) связи между атомами восстанавливаются. Если не ошибаюсь, то для стали эта температура находится в пределах 800-900 С.

Андрей Просветленный (20766) 12 лет назад

Как устал. так и наступает

*Run Away Bride* Просветленный (41659) 12 лет назад Уcталость в отношении металла — это состояние, которое возникает после посторяющейся деформации за пределами текучести металла. Поломка является следствием усталости металла. Часто в результате усталости происходит поломка спиц, рулей, рам и других частей велосипеда. Простой пример усталости металла — обычный алюминиевый провод. Если его согнуть в разные стороны несколько раз, он становится хрупким и отламывается. Алюминий более подвержен воздействию усталости, чем сталь. Поэтому алюминиевые детали делаются более прочными с учётом этой особенности. Усталость материала (материаловедение) — процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных (часто циклических) напряжений, приводящий к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению материала за указанное время [1]. Обратное свойство материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения указанное время) . Кроме того это понятие близко связано с прочностью, имеет место быть понятие усталостной прочности. Выносливость измерима, существуют методики её измерения. Выносливость, так же как и прочность, для многих материалов сильно зависит от температуры, это явление получило название хладноломкость. История Первооткрывателем явления стал Вильгельм Альберт (en:Wilhelm Albert), но термин «усталость» был введён в 1839 году французским ученым Ж. -В. Понселе, который обнаружил снижение прочности стальных конструкций при воздействии циклических напряжений. Наибольший вклад в научную основу проектирования металлических конструкций, подвергающихся повторным напряжениям, внёс немецкий инженер Август Вёллер (en:August Wöhler) классическими опытами с железом и сталью в условиях повторного растяжения-сжатия, результаты которых были опубликованы в 1858—1870 годах. Л. Шпангенберг (de:Louis Spangenberg) в 1874 году впервые графически изобразил результаты исследований, опубликованных А. Вёллером в виде таблиц. С тех пор графическое представление полученной зависимости между амплитудами напряжения цикла и числом циклов до разрушения называют диаграммой (кривой) Вёллера. Предотвращение Основным методом предотвращения усталостного разрушения является модификация конструкции механизма с целью исключения циклических нагрузок, либо замена материалов на менее склонные к усталости. Значительное увеличение выносливости даёт химико-термическая обработка металлов, например азотирование.

Газотермическое напыление, особенно высокоскоростное газопламенное напыление, создаёт напряжение сжатия в покрытии материала и способствует защите деталей от разрушения

яСчастье)Просветленный (29633) 12 лет назад

ой… не пугайте меня))))))))

валерий захаров Гуру (3679) 12 лет назад

Это когда металл слушать устал!!!

«Устает» ли металл?

Инженерам удалось достичь большой скорости движения поездов и пароходов. Зато участились крушения от поломки вагонных и паровозных осей, а на пароходах — коленчатых валов.

Тоже происходило на фабриках и заводах, где инженеры также стремились увеличить скорость работы машин. Чем больше оборотов делал двигатель, чем быстрее работали станки, тем чаще случались и аварии от поломки деталей.

• Напрасно трудились комиссии специалистов, отыскивая причину катастрофы, и месяцами работали лаборатории, изучая качество металла: расчет размеров оказывался правильным, запас прочности — достаточным, а металл — вполне доброкачественным.
• В чем же причина поломок, которые влекли за собой катастрофы?
• Удалось только заметить, что почти всегда ломаются детали, подвергающиеся повторной переменной нагрузке.

Пример такой нагрузки — работа штока паровой машины. Конец его соединен с шатуном, который вращает коленчатый вал, а у паровоза — при помощи кривошипа ведущее колесо.

Поршень ходит в цилиндре то вперед, то назад, а вместе с ним меняется и направление движения штока. Двигаясь вперед, шток подвергается сжатию вдоль оси, при обратном ходе — растяжению. Легко доказать, что меняется и величина нагрузки на него.

Но почему повторная переменная нагрузка разрушает деталь, а такой же величины постоянная нагрузка выносится ею неопределенно долгое время? Что происходит под влиянием такой нагрузки в металле?

На этот вопрос никто не мог ответить.

Инженеры стали говорить, что под действием переменной нагрузки металл «устает», хотя это слово ничего не объясняет и не соответствует сущности явления.

Ведь усталость мышцы, то есть ослабление ее способности к сокращению, гораздо более сложное явление. Никакой аналогии между нею и поломкой детали не существует.

Однако слово «усталость» понравилось и применяется в технике даже теперь, когда найдена действительная причина разрушения деталей под влиянием переменной нагрузки.

Появилось поэтому новое понятие — «выносливость» металлов: чем дольше не «устает» деталь, тем «выносливее» металл, из которого она изготовлена. Все эти слова не разъясняли загадки неожиданных поломок. Истинная причина их оставалась неизвестной.

Однако, если действительно металл «устает», значит, нужно устанавливать новые нормы допустимых напряжений, становятся негодными все прежние справочники, теряет значение накоплявшийся десятилетиями практический опыт…

Но старые инженеры не хотели так легко сдаться. Они требовали, чтобы была доказана зависимость «выносливости» металла именно от повторных переменных нагрузок.

Здесь ничего нельзя было разъяснить никакими рассуждениями. Бесцельны были бы споры: только опыт мог решить, правы ли сторонники «утомляемости» металлов.

В течение второй половины прошлого века в технических обществах часто обсуждались вопросы об «усталости» и «текучести» металлов, о влиянии колебаний на детали машин, на корпусы морских судов и другие вопросы, возникавшие в инженерной практике.

Несомненно, что многие исследователи этой проблемы остались неизвестными потомству. Ведь не все, кто производил опыты, могли опубликовать их результаты в печати. В технической литературе сохранились, однако, имена некоторых исследователей-пионеров, пытавшихся проникнуть в сущность явления «усталости» металлов.

Одним из таких исследователей был немецкий рудничный инженер Альберт, который давно задумывался над причиной обрыва подъемных цепей.

Бадьи и клети подвешивались на цепях, опускавшихся в шахту. Цепь перебрасывалась через шкив и навивалась на барабан подъемной машины. Звенья ее испытывали при этом действие изгибающей нагрузки. При опускании в шахту цепь сходила с барабана и изгиб ее звеньев прекращался. На них действовало только растяжение. При подъеме снова повторялся изгиб.

Чем же объяснить обрывы цепей?

Альберт решил, что причиной их служит частая перемена изгибания звеньев цепи при наматывании на барабан лебедки и огибании шкива. Это предположение он проверил на опыте.

Разрез через паровой цилиндр вертикальной паровой машины. Шток поршня движется то вверх, то вниз, подвергаясь попеременно сжатию и растяжению.

В своих опытах Альберт подвергал образцы изгибу, повторявшемуся до ста тысяч раз. Только после стольких перемен нагрузки он внимательно осматривал цепи в поисках трещин, образующихся в звеньях цепи под действием переменной нагрузки.

Каким терпением должен обладать исследователь выносливости металлов!

Но это не испугало и других. В 50-х годах прошлого века подобными же опытами занялись английские капитаны Джемс и Гальтон. Для испытания выносливости к переменному изгибу они брали железные бруски. При помощи изобретенной ими машины они быстро то нагружали брус, то удаляли нагрузку.

Их опыты стали известны английскому инженеру Вильяму Ферберну, который в 60-х годах стал исследовать выносливость крупных балок, применяющихся для сооружения мостов. Он испытывал железные балки длиной по 6—7 метров, то нагружая их, то снимая груз рычагами. При этом балка последовательно прогибалась и выпрямлялась. После нескольких сот тысяч перемен нагрузки в балке появлялась трещина.

Это были бессистемные опыты, мало известные широким техническим кругам. Они еще не решали вопроса, действительно ли «утомляются» металлы, или, может быть, трещины в испытывавшихся образцах были случайного происхождения.

Заслуживавшие доверия систематические исследования были начаты только немецким механиком Августом Велером.

Судьба, казалось, не готовила его в исследователи. Окончив коммерческое училище, Велер работал то чертежником на паровозном заводе, то машинистом, а в 1847 году был принят на службу в Управление прусских железных дорог.

В то время случаи поломки вагонных осей и паровозных деталей, сходы с рельсов поездов и другие аварии стали очень часты. Они заботили и промышленников и правительственный технический надзор.

В целях изучения причин крушения поездов была организована специальная постоянная комиссия, снабженная средствами для опытов. Велер, как практик, долго ездивший на паровозах, был назначен ее членом.

Испытания металлов Велер производил в оборудованной для этого лаборатории. Многие машины, на которых образцы подвергались переменным растяжению, изгибу или скручиванию, были изобретены им самим. Применяемая иногда и в наше время машина для испытания «на изгиб», по существу, — одна из машин Велера.

Машины этого исследователя работали с малыми скоростями. Например, его станок, на котором изучалось сопротивление образца переменному изгибу, делал лишь 72 оборота в минуту. Нужны были целые годы, чтобы испытать при его помощи некоторые образцы, один из которых выдержал более ста тридцати двух миллионов перемен нагрузки.

Опыты Велера доказали, что стальные и железные образцы при повторной переменной нагрузке, вполне допустимой в других случаях, разрушаются. Но если переменная нагрузка не превосходит некоторой величины, то деталь выдерживает ее неограниченное время.

Эта величина — «предел выносливости», который должен приниматься в расчет при проектировании быстроходных паровозов и скоростных машин.

Опыты Велера получили широкую известность. Они коренным образом меняли представления инженеров о допустимой нагрузке на вагонные оси, шатуны, штоки цилиндров и многие другие детали. За основу расчетов частей скоростных машин теперь принимался «предел выносливости», определявшийся путем испытания образцов металла.

Схема прибора для испытания образцов металла переменной нагрузкой.

Во избежание неожиданной поломки металл для ответственных частей машины теперь испытывают не только на прочность, но и на «выносливость». Для этого имеются специальные приборы, на которых образец металла подвергается переменной нагрузке.

Например, испытываемый брусочек металла прикрепляется к ползуну, двигающемуся между направляющими. Ползун при помощи шатуна и кривошипа соединен с валом. К нижнему концу брусочка подвешен груз. При вращении вала ползун движется то вверх, то вниз, очень быстро меняя направление.

Каждый раз, когда ползун меняет направление своего движения, ему противодействует инерция груза. Вследствие этого испытываемый брусочек подвергается попеременно то сжатию, то растяжению.

В чем же сущность явления «усталости»? Почему металл теряет сопротивляемость? Нельзя ли отличить «усталый» металл от обычного?

Ответ на эти вопросы дали исследования в течение следующих десятилетий.

Металл устал.

Металл устал..

• Что замок, что харчевня – все тщета,
• И все растопчет времени пята,
• Под этой ногой не устоит
• Ни зданье, ни железо, ни гранит.
• Ш. Петефи

Человек устает, и это нас не удивляет. Силы металла тоже ограничены.

Но если человек может устать при выполнении любой работы, то «усталость» металла – это его реакция на вполне определенный вид нагружения – многократно повторяющееся приложение нагрузки одного и того же или противоположных знаков.

Как же проявляется усталость в неживом материале? Вначале он пластически деформируется, а затем разрушается. Но ведь то же самое происходит при обычном нагружении?

Как будто и события те же и составляющие его элементы- пластическая деформация, микротрещины, разрушение- почти такие же. Однако явление это серьезно отличается от разрушения, вызванного действием однократно приложенной нагрузки. Попробуем, читатель, хотя бы поверхностно разобраться в этом вопросе.

Прежде всего металлы окружающего нас мира испытывают постоянные воздействия пульсирующих нагрузок. Железный каркас здания принимает на себя беспрерывную микроскопическую вибрацию почвы – ведь по земле, никогда не перекращаясь, струится поток слабых упругих волн. Это результат сейсмической активности нашей планеты.

Корпус цеха с металлообрабатывающими станками также все время находится в состоянии вибрации. Станина станка из-за контакта резца с деталью дрожит. Вибрируют двигатели, корпуса самолетов, машины. Ясно, что эти колебания должны влиять на состояние металла. Вот только как? Иной раз трагически – самолеты разваливаются в воздухе.

Рельсы, многократно прогибающиеся под тяжестью железнодорожных составов, лопаются. Оси, несущие мощные маховики и колеса, под действием рабочей нагрузки и несбалансированной центробежной силы изгибаются поочередно в различных направлениях и ломаются. А это страшное зрелище – подпрыгивающее на шоссе оторвавшееся колесо тяжелого грузовика.

Итак, усталость, почти следует Шекспиру: «Повторность изменяет лик вещей» и порой проявляется драматически.

Каковы же внешние особенности явления усталости с позиции механики? Прежде всего усталостное разрушение протекает с участием пластической деформации, но масштабы ее очень невелики в сравнении с одноразовым разрушением.

Особенно опасная черта усталостного разрушения- это способность начинаться и протекать при напряжениях, намного меньших, чем предел прочности или текучести. По существу, напряжения эти не выходят из упругих рамок, но циклическое нагружение так эффективно использует их, что «с успехом» разрушает материал.

В случаях, когда напряжения эти значительны, усталостное разрушение наступает раньше. Но если напряжения очень малы, это тоже «не пугает» усталость. Просто для гибели нужно большее число циклов. Металл как бы располагает некоторым моторесурсом – долговечностью. Он способен выдержать определенное число циклов приложения нагрузки.

И это число снижается с увеличением приложенных напряжений, что в общем естественно. Ведь усталость человека тоже зависит от тяжести выполненной работы. Чем она больше, тем быстрее мы «сдаем». Но, конечно, масштабы усталости металлов иные. При разумном приложении внешнего на-гружения сталь способна выдерживать десятки миллионов актов нагружения.

Например, рессора автомобиля! Какое огромное число колебаний она должна «вытерпеть»- на каждом камешке и неровности, чтобы обеспечить безопасность и комфорт движения. А разнообразные клапаны в двигателе, работающие непрерывно,

да еще при высокой температуре! Таким образом, процесс усталости развивается за счет того, что невысокие напряжения как бы «компенсируются» многоразовым приложением нагрузки. Это и ведет к утомлению и «одряхлению» металла. Не следует думать, что устают только отдельные непрочные металлы. Нет! Это явление общее и подчиняет себе любую, даже сверхпрочную сталь!

Если механические, так сказать внешние особенности протекания усталости достаточно ясны, то с физическим механизмом процесса дело куда сложнее. Начнем с пластической деформации. Отличительной особенностью пластического течения при усталости является его сосредоточенность в меньшем объеме, чем при одноразовом нагружении.

И в том, и в другом случаях механизм пластической деформации дислокационный, однако, вместо появления все большего числа линий скольжения при обычном деформировании усталость сопровождается образованием ограниченного количества линий скольжения с последующим их расширением.

Это общая фундаментальная закономерность усталости – высокая неоднородность всех процессов по сечению металла. Усталость- процесс, способный «выбирать» самые слабые звенья прочности и сосредоточивать на них свои подтачивающие усилия. При этом свойства основного массива металла могут быть и не затронуты разрушением.

Приведем некоторые примеры «коварства» избирательности усталостного разрушения.

Прежде всего оказывается, что концентрация напряжений при усталости ведет к охрупчиванию металла гораздо быстрее, чем в условиях обычного нагружения. При многоцикловом нагружении металл становится более чувствительным к самым разнообразным концентраторам: дефектам на поверхности, надрезам любых видов и сортов, участкам коррозии.

В частности, такими концентраторами всегда являются неметаллические включения.

Но при усталости они становятся подлинно опасными, потому что многоцикловое нагружение сразу же сосредоточивает пластическую деформацию вокруг включений и уже на ранних стадиях, когда основной металл еще здоров, зарождает на включении микротрещину.

Этому способствует и то, что со временем включение, которое после выплавки металла было прочно «вклеено» в матрицу, отрывается от нее – теряет связь с металлом; концентрация напряжений сра-

зу возрастает и вероятность протекания скольжения и микроразрушения вокруг включения резко увеличивается.

Эта неоднородность деформирования по сечению «утомляющегося» металла и ведет к тому, что общая энергия, затрачиваемая на пластическую деформацию циклично нагружаемого металла, меньше, чем при обычном деформировании. Вот и получается, что неоднородность и избирательность разрушения «спасают» металл в целом и от деформации, и от разрушения.

Но все же в его объеме найдутся одно-два слабых места – пожива для процесса усталости. Таким образом, металл может быть выведен из строя сосредоточенным разрушением на считанных участках, уязвимых для зарождения усталостной трещины. Что касается общих мощнейших ресурсов прочности металла, то они остаются неиспользованными.

В этом-то и опасность усталости, выискивающей в металле слабые звенья и обыгрывающей их.

В избирательности и заключается основная проблема обеспечения прочности металла, противопоставляемой возможной усталости. Металл должен быть равнопрочным во всей своей структуре. Но для реального металла это невозможно – он неоднороден от рождения.

И потому, что он – поликристалл, и потому, что он – сплав, и потому, что в нем разбросаны разнообразнейшие примеси и дефекты. А следовательно, в нем изобилие слабых мест, которые безошибочно находит усталость.

Ведь для разрушения достаточно лишь одного!

Каков физический механизм зарождения микроскопических трещин при циклическом нагружении? Прежде всего ими могут быть едва ли не все дислокационные механизмы, рассмотренные в первой главе. Но есть и специфические «усталостные» модели.

Одной из них является схема, предложенная японским физиком Эиихи Фуд-зита. Когда в одной плоскости скольжения сближаются разноименные краевые дислокации, то у одной из них экстраплоскость находится вверху, а у другой – внизу.

Естественно, что они соединяются и дислокации исчезают – аннигилируют. А теперь представьте себе те же дислокации, но на разных и очень близких плоскостях скольжения.

У основания каждой из экстраплоскостей – пустое пространство, немного большее, чем между атомами в здоровой классической решетке. Эти пустоты двух разноименных дислокаций сливаются и образуют

зародыш микротрещины. Такой же процесс в этом же районе протекает и с объединением двух пар дислокаций. В результате многих подобных актов зародыш подрастает и становится устойчивым. В дальнейшем он увеличивается благодаря втеканию в него дислокаций с полосы скольжения. И, наконец, превращается в трещину.

Фуд-зита очень остроумно использовал в дислокационной модели то, что усталость чувствительна к различным включениям и выделениям. Он допустил, что из-за многократного путешествия дислокаций по полосе скольжения туда и обратно – нагружение-то циклическое – происходит окисление материала в окрестностях линий скольжения.

Читатель может спросить: а откуда же появляется кислород в середине металла? Ответить можно двояко. Во-первых, кислород и другие газы остаются в металле во время его выплавки. Во-вторых, линии скольжения выходят на поверхность металла, а уж там кислорода сколько угодно.

И если этот вопрос снять, то гипотеза Фудзиты означает следующее: в полосе скольжения образуются оксиды. А частица оксида – это барьер для дислокаций. А отсюда, как нам хорошо известно, один шаг до трещины.

Есть много вариантов взаимодействия дислокаций, приводящих к возникновению точечных дефектов, называемых вакансиями. Не вызывает сомнения, что в процессе усталости в металле образуется большое количество вакансий.

Это явление и порождает разнообразные гипотезы о скапливании вакансий и объединении их в поры или лакуны. Такие каверны могут стать источником разрушения.

Простейшим вариантом превращения полости в трещину является ее «сплющивание» под действием внешнего нагружения.

Советские ученые И. А. Одинг и В. С. Иванова считают, что причины зарождения разрушения связаны с огромной энергией упругой деформации, возникающей в некоторых микрообъемах. Тогда первичное разрушение может «вспыхнуть», например, из-за обычного процесса плавления.

При усталости появляются некоторые эффекты, не встречающиеся в случае обычной деформации. Так, из циклически нагружаемого металла вытесняются тонкие пластинки материала прямо по плоскостям скольжения. Явление это называют экструзией. Известен и обратный процесс втягивания металла – интрузия. Вопрос об их

происхождении спорен. Тем не менее некоторые считают, что образование трещины может быть связано с ними.

Если подвести итоги наших представлений о природе усталости, то оказывается, что он еще не очень богат. Но бояться этого не надо. – «Ведь только мудрый человек способен сказать: «Я этого не знаю»… Ибо только мудрый может знать истинные пределы своих знаний»1.

В этом «нет» и своя прелесть – ведь столько интересного и неизведанного впереди. Конечно, границ для знаний нет. И те, кто сегодня сдает вступительные экзамены в вузы, в свой срок раздвинут границы познанного и решат свои задачи!

Не надо забывать, что проблема усталости – одна из самых важных в современной технике. Нет такой отрасли промышленности, где она не фигурировала бы как обнаженное зло, поражающее разнообразнейшие оси, огромные роторы, коленчатые валы двигателей, лопатки паровых, водяных и газовых турбин.

А в авиации? Со времени серии аварий английских пассажирских самолетов «Комета» так называемая малоцикловая усталость – притча во языцех. И неудивительно.

Все самолеты при подъеме на большую высоту претерпевают своего рода «раздутие» из-за того, что внутреннее давление воздуха остается почти тем же самым, а внешнее – резко падает. При посадке давления выравниваются. За время жизни самолета таких циклов несколько сотен.

И так как в корпусе лайнера есть окна, люки, тысячи заклепок и другие концентраторы напряжений, то может возникнуть трещина, представляющая в этих условиях прямую угрозу жизни сотен пассажиров.

А что такое усталость для глубоководных подводных лодок? При погружении корпус корабля подвергается невероятному обжатию.

При подъеме же на поверхность не только люди, но и вся лодка вздыхает с облегчением и расширяется. Повторенный многократно этот процесс тоже должен вызвать усталость металла.

И может быть совсем не случайны слова в известной песне: «…когда усталая подлодка из глубины идет домой…» «Усталая» – только ли метафора?

Два последних примера подчеркивают важность и неотложность глубокого понимания всего, что связано

1 Крайтон Р. Тайна Санта-Виттории. – М.: Прогресс, 1970. С. 169.

с усталостью. И поскольку речь идет едва ли не о самых ответственных отраслях промышленности, в проблемы усталости, несомненно, будут вложены и средства, и способности ученых всего мира. А это, конечно же, приведет к решению в целом. Когда это произойдет, сказать трудно. Но, вероятно, в ближайшие десятилетия.