Проведение высокочастотных усталостных испытаний

Вследствие рассеяния энергии в материале образцы из углеродистых сталей сильно разогреваются при интенсивном высокочастотном деформировании. Поэтому экспериментальные данные, относящиеся к частотам в несколько килогерц и выше, обычно получают в условиях принудительного воздушного или жидкостного охлаждения образца. Воздушное охлаждение применялось в испытаниях образцов толщиной 0,8 мм и шириной 5 мм из стали S20C, близкой по свойствам к стали 45; испытания велись при колебаниях образца со свободными концами на пневматической установке на частотах; на более низких частотах применялись образцы большего поперечного сечения. Более интенсивное охлаждение образцов проточной водой или душем позволяет избежать явного влияния саморазогрева на выносливость и фиксировать в экспериментах непрерывное увеличение значений, как это иллюстрируется кривыми 4 и 5, полученными при однородном растяжении — сжатии. При нагружении этого вида получается большее, чем при изгибе, удельное рассеяние энергии в материале образца, т. е. происходит более интенсивный его саморазогрев. Кривая 4 построена по результатам испытаний образцов диаметром 7,5 мм; кривая 5 получена на образцах, диаметр которых был тем меньше, чем выше частота нагружения (на 13 и 22 кгц — 4 мм, на 50 кгц — 3 мм, на 100 кгц — 1,5 мм). При уменьшении диаметра цилиндрического образца отношение его поверхности к объему материала увеличивается, что при прочих равных условиях приводит к меньшему саморазогреву образца и к соответственно меньшему снижению его выносливости.

Одно из экспериментальных доказательств этого положения заключается в следующем. Кривых 6,7 и 8 относятся к результатам усталостных испытаний стали 20 на частоте 20 кгц и означают пределы выносливости, полученные на образцах с диаметрами опасного сечения, соответственно равными 3, 4 и 5 мм, в одинаковых условиях обтекания образца потоком охлаждающей его воды. Как видно, наибольшая выносливость наблюдалась для наиболее тонких образцов.