Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\ARCHIWUM-lata-78-71\MTS78_t16z1_4\mts78_t16z2.pdf M E C H AN I K A TEORETYCZNA I  STOSOWANA 2,16  (1978) WPŁYW  P RZ ECIĄ Ż EŃ  N A  WZROST  SZ CZ ELIN  ZM Ę CZEN IOWYCH *' RALPH   I.  S T E P H E N S  (IOWA  CITY) Spis oznaczeń a  dł ugość szczeliny  —  [mm], ai  począ tkowa  dł ugość szczsliny  w  momencie pierwszego  przecią ż enia  —  [mm], a*  zakres  wystę powania  opóź niania  się   szczeliny  —  [mm], A  współ czynnik  prę dkoś ci  wzrostu  szczsliny  —  [mm/ cykl], B  grubość  próbki  — [mm], CT   zwarta  próbka  rozcią gana  (compact  tension), dalcIN  prę dkość  wzrostu  szczsliny  —  [mm/ cykl], H  poł owa wysokoś ci  próbki —  [mm], K  współ czynnik  intensywnoś ci  naprę ż eń —  [MPa ]/ m ], K c   odporność na pę kanie —  [M Pa |/ m ] , K ma t  maksymalny współ czynnik intensywnoś ci  naprę ż eń dla obcią ż enia o stał ej amplitudzie —  [MPa j/ m ] , ^raaxi  począ tkowy  maksymalny  współ czynnik  intensywnoś ci  naprę ż eń  dla  pierwszego  cyklu  obcią ż enia, o  stał ej amplitudzie, wystę pują cego  po  przecią ż eniu  —  [MPa |/ m ], jK în  minimalny współ czynnik  intensywnoś ci  naprę ż eń dla obcią ż enia o stał ej amplitudzie —  [MPa j/ m ] , +AK  dodatni zakres współ czynnika intensywnoś ci naprę ż eń dla obcią ż enia o stał ej amplitudzie—[M Paj/ m], K o   współ czynnik  intensywnoś ci  naprę ż eń  odpowiadają cy  przecią ż eniu  —  [MPa ]/ m], K op   współ czynnik  intensywnoś ci  naprę ż eń  odpowiadają cy  otwarciu  szczeliny—  [M P aj/ m ], K ct t  efektywny  zakres  wspolczymvka  intensywnoś ci  naprę ż eń  =   (K mm   —  K o „)—  [M P a]/ m ], K  współ czynnik  prę dkoś ci  wzrostu  szczsliny  zmę czeniowej  (wykł adnik  eksponencjalnego  wzoru  na wzrost  pę knięć  zmę czeniowych), N   liczba  cykli  obcią ż enia, N f  liczba  cykli  do zniszczenia, N *  liczba  cykli  opóź nienia  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej, AN   odległ ość  pomię dzy  przecią ż eniami  w  cyklach, AN o  liczba  przecią ż eń  w  bloku, OL R  współ czynnik przecią ż enia  =   Po/ Pmm  —  K 0 / Km X , P max   maksymalna  sił a  dla  obcią ż enia  o stał ej  amplitudzie — kN , P o   sił a  odpowiadają ca  przecią ż eniu  —  [kN ], R  współ czynnik  asymetrii  cyklu  obcią ż enia  =   P m \ a / P m ax, 2/- J, promień  (wymiar)  strefy  uplastycznionej  —•   [mm], r*  promień  (wymiar)  cyklicznej  strefy  uplastycznionej  —  [mm], JRF  współ czynnik  opóź nienia  lub  trwał ość  unormowana  przy  przecią ż eniu  =  trwał ość  przy  przecią - ż eniu/ trwał ość  porównawcza, SEN   próbka  z  pojedynczym  karbem  krawę dziowym, S y   umowna  granica  plastycznoś ci  R O z  —  [M Pa], S u   granica  wytrzymał oś ci  na  rozcią ganie  —  [MPa], W   szerokość  próbki  —  [mm]. U waga:  1  M Pa  (megapaskal)  równa  się   1 M N / m 2  (meganiuton na  metr kw.).  Jednostką   współ czynnika intensywnoś ci  naprę ż enia  ( M P a |/ m )  może  być  również  M N m ~ 3/ 2. *'  Tł umaczył   dr  inż.  G rzegorz  G linka, Politechnika Warszawska 124  R . I . S T E P H E N S 1. Wstę p W  1960  roku  SCH IJVE  [1]  wykazał ,  że  pojedyncze  rozcią gają ce  przecią ż enia  cienkich blach  aluminiowych  ze  szczelinami  mogą   powodować  znaczne  zmniejszenie  i  opóź nienie dalszego  zmę czeniowego  wzrostu  tych  szczelin.  W  1961  roku  H U D SO N  i  H AR D R ATH   [2] przeprowadzili  bardziej  obszerne  badan ia, które  także  wykazał y,  że  w przypadku  cienkich blach  aluminiowych  wysokie  przecią ż enia  rozcią gają ce  wyraź nie  opóź niają   wzrost  szcze- lin  zmę czeniowych.  Jedn ak  w  cią gu  nastę pnych  lat  stosun kowo  niewiele  prac  poś wię cono temu  zjawisku.  N ie był o ono dostatecznie dokł adnie badan e  an i  też  opisywane  aż  do  roku 1970. W  1975  roku  odbył o  się   w  M on trealu, w  Kan adzie,  sympozjum  n a  t em at :  «Wzrost szczelin  zmę czeniowych  pod  widmem  obcią ż eń»  [3], które  był o finansowane  przez  Kom i- tety  E- 9  i  E- 24  American  Society  for  Testing  an d  M aterials,  zajmują ce  się   problem atyką zmę czenia  i  badań  n a  pę kan ie.  Sympozjum  to jest  przykł adem  najwię kszego  skon cen tro- wanego  wysił ku poś wię conego  oddział ywaniu prostych i zł oż onych widm  obcią ż eń o zmien- nych  am plitudach n a  wzrost  szczelin  zmę czeniowych.  Sympozjum  wykazał o  także  zł oż o- ność  zagadnienia, jakim  jest  przewidywanie  trwał oś ci  n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę cze- niowych,  zarówno  przy  prostych, jak  i  zł oż onych widm ach  obcią ż eń  o  zmiennych  am pli- tudach . W  roku  1971  w  U niversity  of  I owa  rozpoczę to  badan ia  dotyczą ce  zarówn o  stron y poznawczej, jak  i przewidywania  ch arakteru  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  w  m etalach przy  róż nych  prostych  widmach  obcią ż eń.  N iniejszy  artykuł   stan owi  przeglą d  sześ cio- letnich badań wykonanych n a tym uniwersytecie  pod  kierownictwem  autora. C ał ość skł ada się  z trzynastu  róż nych prac badawczych,  których  wyniki  opublikowan o  w jeden astu  arty- kuł ach,  podan ych  chronologicznie  w  literaturze  [4- f-14].  Badan ia  dotyczą   dziewię ciu róż nych  materiał ów,  wś ród  których  znajdował y  się   stopy  alum in ium , stale  i  ż eliwo  sfero- idealne.  Wł asnoś ci  mechaniczne  oraz  skł ady  chemiczne  tych  m ateriał ów p o d an o  w  tabl. 1  i  2.  Był y  to  m ateriał y w  stanie  surowym,  walcowane  n a  zim n o, walcowane  n a  gorą co oraz  w  stanie  lanym.  G ran ice  plastycznoś ci  tych  m ateriał ów  zawarte  był y  w  gran icach 358- 4- 1412  M P a  i  znajdował y  się   wś ród  nich  zarówn o  m ateriał y  cyklicznie  umacniają ce się , jak  i osł abiają ce.  Stosowano  gł ównie  próbki  rozcią gane  zwarte  (CT ),  rys.  la, lecz  dla zweryfikowania  wyników  otrzymanych  z  próbek  CT   i  pom iaru  obcią ż eń,  przy  których nastę powało  zamykanie  się   szczeliny,  wykorzystywano  także  próbki  z  pojedynczym  kar- bem  krawę dziowym  (SEN ),  rys.  lb .  N a koń cach próbek  wywiercono  p o  trzy  otwory  w ce- lu  zamocowania  kulkowych  uchwytów  umoż liwiają cych  zarówn o  ś ciskanie,  ja k  i  roz- cią ganie  bez  wprowadzenia  dodatkowych  m om en tów  zginają cych.  Szerokość  próbek rozcią ganych  zwartych  zmieniano w  granicach  W   =   80 4- 90  m m przy  stosun ku  wym iarów H/ W   =  0,484- 0,60.  N atom iast  szerokość  wszystkich  próbek  z  pojedynczym  karbem krawę dziowym  był a jedn akowa  i  wynosił a  W   =   25,4  m m .  G ruboś ci próbek  rozcią ganych zwartych  zmieniał y  się   w  zakresie  B  =  5,74- 10,1  m m  n atom iast  próbek  z  pojedynczym karbem  krawę dziowym  w  przedziale  B  =   3,24- 6,3  m m . P rzebiegi  obcią ż eń  realizowane  w  czasie  p ró b  przedstawion o  n a  rys.  I c 4- lj.  Wyniki prób  pod  obcią ż eniami  o zmiennych am plitudach porówn ywan o  z  tzw.  wynikami  porów- nawczymi, otrzymanymi z próby z obcią ż eniem o stał ej am plitudzie, pokazan ym n a rys.  lc . WP Ł YW  PRZECIĄ Ż EŃ   N A  WZROST SZCZELIN   125 Tablica  1.  M onotoniczne wł asnoś ci  mechaniczne materiał ów  oraz kształ t  próbek  zmę czeniowych M ateriał Stop  aluminium 2024- T3 Stop  alum inium 7075- T6 Stal  ASTM   A440 Stal  AI SI  walcowana n a  zimno Stal  H adfielda Stal  AISI  4140 Ż eliwo  sferoidealne G ran ica plastycznoś ci [M P a] 358 503 372 636 426 757 1136 1412 410 G ran ica wytrzymał oś ci n a  rozcią ganie [M Pa] 475 572 524 681 1062 799 1184 1502 677 Kształ t próbki CT,  SEN CT, SEN C T CT C T C T C T C T CT G rubość [mm] 3,2—9,1 3,2—9,1 5,7 6,3 6,3 8,3 8,3 8,3 10,1 Stan materiał u w  stanie surowym w  stanie surowym walcowana na  gorą co walcowana na  zimno walcowana na  gorą co ulepszana cieplnie w  stanie  lanym M ateriał Stop  alumi- n ium  2024- T3 Stop  alumi- nium  7075- T6 Stal  ASTM A440 Stal  AI SI 1020  walco- wana  na zimno Stal  H adfielda Stal  AISI 4140 Ż eliwo  sfero- idealne C 0,16 0,20 1,1 0,39 3,7 Tablica Mn 0,6 0,3 0,96 0,45 12,5. 0,76 0,48 2.  Wagowy skł ad  < P 0,04 ' 0,028 0,002 0,02 S 0,05 0,0009 0,015 0,01 ;hemiczny Si 0,5 0,5 0,07 0,24 0,082 2,6 materiał ów  [%] Cr 0,1 0,3 0,08 0,86 0,06 Mo 0,05 0,14 0,001 Cu 4,3 1,6 0,12 0,07 Mg 1,5 2,5 Zn 0,25 5,6 126 R .  T.  STEP H EN S N a  rys.  I d - r ig  pokazan o  przebiegi  obcią ż eń  (widma)  z  przecią ż eniami  pojedynczymi. Wartość  przecią ż enia  oznaczono  symbolem  P o ,  n atom iast  maksymalną   i  m in im aln ą wartość  realizowanego  po  nim  obcią ż enia  o  stał ej  am plitudzie  oznaczon o  odpowiedn io przez  P ma *  i  P mln .  P róby prowadzon o  przy  stał ych  wyspół czynnikach  asymetrii  cyklu ft  =» PmiJPm*x o  wartoś ciach  z  przedział u  + 0, 5 H-  —2.  Cykle  przecią ż eniowe,  ja k  i  n a- stę pują ce  p o  nich  cykle  obcią ż enia  o  stał ej  am plitudzie  m ogł y  wię c  zawierać  zarówn o obcią ż enia  ś ciskają ce,  ja k  i  rozcią gają ce.  Współ czynnik  przecią ż enia  (OL R)  zdefiniowano jako  stosunek  PolP maM   którego  wartość  zm ieniano  w  gran icach  1,25 — 3,0.  Obcią ż enie z  pojedynczymi  periodycznymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi  pokazan o  n a  rys.  lh ,  n a- Czas Czas Czas Rys.  1. Próbki zmę czeniowe i widma obcią ż eń tom iast  obcią ż enie  z  pojedynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi  wystę pują cymi  niere- gularnie  widoczne  jest  n a  rys.  li.  Liczbę   cykli  obcią ż eń  realizowaną   pom ię dzy  kolej- nymi  przecią ż eniami,  zwaną   dalej  odstę pem,  ozn aczon o  symbolem  AN .  Z m ien iał a  się on a  w  przedziale  103- f- 4-   103  cykli.  Obcią ż enie  z  periodyczn ym i  przecią ż eniami  wielo- krotn ym i  przedstawia  rys.  lj,  gdzie  AN 0   oznacza  liczbę   przecią ż eń  przył oż oną   jedn o - razowo,  zmieniają cą   się   w  zakresie  1- ^200  cykli.  Wszystkie  przecią ż enia  przedstawion e n a  rys.  lh- r- lj  miał y współ czynnik  asymetrii  cyklu  R  =   0. Wszystkie  badan ia  wykonano  n a  elektrohydraulicznej  maszynie  zmę czeniowej  z  auto- matycznym ukł adem sterują cym.  Przecią ż enia  realizowan o  z  czę stotliwoś cią   0,01 - ^0,5 H z, n atom iast obcią ż enie o stał ej am plitudzie —  z czę stotliwoś cią   5 H - 25  H Z ,  zależ nie  od współ - 128 R.  I.  STEPHENS Innym  wskaź nikiem  opóź nienia jest  także  stosunek  trwał oś ci  do  zniszczenia,  mierzonej od  m om en tu  przył oż enia  przecią ż enia  do  trwał oś ci  porównawczej  uzyskanej  przy  stał ej am plitudzie  obcią ż enia.  Stosunek  ten  nazywany  jest  trwał oś cią   un orm owan ą   lub  współ - czynnikiem  opóź nienia  R.  F.  Autor  stosował   obydwie  definicje. Pę knię cia  zmę czeniowe  zaraz  p o  przył oż eniu  przecią ż enia  rozcią gają cego  czę sto  cha- rakteryzują   się   stosunkowo  wysoką   prę dkoś cią   przejś ciową   —  rys.  2a  i  2b.  Ten  przejś- ciowy  okres  wzrostu  nazywany  jest  czę sto  «spóź nionym  wystę powaniem  opóź n ion ego wzrostu  szczeliny  zmę czeniowcj»  {delayed  retardation  of  fatigue  crack  growth)  i  zależy od  rodzaju  m ateriał u, współ czynnika  przecią ż enia,  wielkoś ci  strefy  uplastycznionej  przed wierzchoł kiem  szczeliny  spowodowanej  przecią ż eniem  oraz  gruboś ci  m ateriał u.  ELBER tł umaczy  to  zjawisko  w  oparciu  o  tzw.  m odel  zam ykan ia  się   szczeliny.  P rzyrost  dł ugoś ci szczeliny  odpowiadają cy  wspomnianemu  okresowi,  obserwowany  w  dziewię ciu  róż nych m ateriał ach,  wahał   się   w  granicach  O- ł-5 m m . 2.1. Przecią ż enia rozcią gają ce,  R =  0.  Typowe  krzywe  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  p o przył oż eniu  pojedynczego  przecią ż enia  rozcią gają cego  otrzym an e  przy  R  =   0,  z  badan ia stali  A440  [9] przedstawiono  n a  rys.  3.  K aż da  krzywa  reprezentuje  inną   próbkę   badan ą przy  innym  współ czynniku  przecią ż enia  (OL R),  który  zm ien ian o  w  gran icach  l, 6- r2, 2. 5 0 - OLR -   2.2 20 30  40  50 Liczba cykli, N [*  10 3] 6 0 70 Rys.  3.  Wzrost  sz:zjliny  zm?cZ3niow;j  po  przył oż eniu  pojadynczsgo  przecią ż enia  rozcią gają cego,  stal A440,  R  =  0  [9] Przecią ż enia  przykł adan o  dopiero  wtedy,  gdy  szczelina  osią gnę ła  dł ugość  począ tkową równą   25,4 m m . Widać  wyraź nie,  że przy  okreś lonej  wartoś ci  m aksym alnej  P m a x  obcią ż enia o  stał ej  am plitudzie, najdł uż sza  trwał ość  i  najwię ksze  opóź n ien ia  wystę powały  przy  n aj- wię kszych  przecią ż eniach.  Symbol  K mau   oznacza  wartość  współ czyn n ika  intensywnoś ci n aprę ż eń  zaraz  po  przył oż eniu  przecią ż enia  przyjmują c,  że  nie  n astą pił   w  tym  czasie przyrost  dł ugoś ci  szczeliny.  N atom iast symbole  a* i r*  zazn aczon e n a krzywej  otrzym an ej WPŁ YW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA  WZROST  SZCZELIN 129 przy  OL R  =   2,2  oznaczają  odpowiedn io  przyrost  dł ugoś ci w  okresie  opóź nionego  wzro- stu  szczeliny  i  wym iar  cyklicznej  strefy  uplastycznionej  w  pł askim  stanie  naprę ż enia, obliczany  wedł ug  R I C E 'A  [16] 0) r*  = W  przypadku  stopów  alum in ium i  stali  wartość  a*  zm ieniał a się znaczą co w  przedziale 0- ł - ll  m m , a wartość r * —  w gran icach 1- 4- 15 m m ,  n atom iast wartoś ci  stosunku  a*jr* leż ały w  przedziale  0^- 1.  We  wszystkich  przypadkach  opóź nienie  wzrostu  szczelin  zmę czenio- wych  m iał o  miejsce  n a  odcin ku  odpowiadają cym  wymiarowi  cyklicznej  strefy  uplastycz- n ion ej  w  pł askim  stan ie  n aprę ż en ia,  wywoł anej  przecią ż eniem.  D ł ugość  okresu  wzrostu szczeliny  zmę czeniowej  n a  odcin ku  od  a* do  r* jest  stosun kowo  m ał a  i dlatego  przy  opra- cowywaniu  m odeli  dla  okreś len ia  trwał oś ci  n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych zał oż enie, że  a*  z  T * jest  uzasadn ion ym przybliż eniem  inż ynierskim. 7 0 (55 60- I" o. >, £ o • §  2 0 - cc 1 I 1 0 - 5 - Siop aluminium 202- 1 -  TG Stop aluminium 7075 -  T6 1,25 1,50 1,75  2,0  2,25  2,50 Współczynnik  przecią ż enia (OLR) 2,75 Rys.  4.  Wpł yw  współ czynnika  przecią ż enia  (OL R) na  opóź nienie wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  [4, 5, 7, 9, 10] 130 R.  I.  STEPHENS N a  rys.  4  przedstawiono  ostateczne  wyniki  dotyczą ce  trwał oś ci  przy  opóź n ion ym wzroś cie  szczelin  zmę czeniowych  w  funkcji  współ czynnika  przecią ż enia  [4,  5,  7,  9,  10], uzyskane  z badań  pię ciu  róż nych  m ateriał ów.  Widoczne  jest,  że  trwał ość nie ulega  istot- nemu  wydł uż eniu  wskutek  przył oż enia  przecią ż enia,  jeś li  OL R  <  1,4.  P rzy  wię kszych przecią ż eniach  uzyskano  n atom iast nawet  68- krotne  wydł uż enie trwał oś ci. W  stopach  alu- minium  przy  OL R  >  2,5  i  R  =   0  wystę powało  nawet  cał kowite  zatrzym an ie  szczelin zmę czeniowych.  Z godnie  z  wynikami  przedstawionym i  n a  rys.  4  oczywiste  jest  takż e, że  opóź nienie przy  okreś lonym  współ czynniku  przecią ż enia  silnie  zależy  od  rodzaju  m a- teriał u.  W  przypadku  stali  1020  walcowanej  n a  zim no przyrost  trwał oś ci przy  współ czyn- niku  przecią ż enia  OL R  =  2,0  był   n a  przykł ad  1,5- krotny,  n atom iast  dla  stali  H adfielda okoł o  11- krotny.  Wymiar  cyklicznej  strefy  uplastycznionej  r*  był   przy  tym  w  przy- padku  stali  1020 bardzo  mał y,  n atom iast duży  dla  stali  A440 i stali  H adfielda.  Wię kszym opóź nieniem  przy  R  ^  0  charakteryzował y  się   m ateriał y  o  niż szej  granicy  plastycznoś ci i  wysokiej  odpornoś ci  n a  pę kan ie.  P odobn ą   tendencję   wykazywał y  takż e,  posiadają ce róż ne  granice  plastycznoś ci,  trzy  odm iany  stali  4140  [13], podczas  gdy  opóź n ien ie w  ż eli- wie  sferoidalnym  był o podobn e jak  w  stali  walcowanej  n a zim n o. 60  80 Liczba  cykli, N(«103) 120 140 Rys.  5.  Wzrost  szczsliny  zmę czeniowej  po  przył oż eniu pojedynczego  przecią ż enia  ś ciskają cego,  stop  alu- minium 2024- T3, R  =   0  [11] Stwierdzono,  że  opóź nienie  przy  danym  obcią ż eniu  i  m ateriale  zależy  od  jego  gru- boś ci B  [12]. Zwię kszenie  gruboś ci próbek ze stopu alum in ium 7075- T6 z 3,2 m m do 6,3  m m spowodował o  na  przykł ad  okoł o  2,5- krotne  zmniejszenie  opóź n ien ia, n atom iast  w  przy- padku  stopu  aluminium  2024- T3  taka  sam a  zm iana  gruboś ci  spowodował a  wię ksze  ani- ż eli  3- krotne  zmniejszenie  opóź nienia.  W  obydwóch  przytoczon ych  przykł adach badan ia prowadzon o  n a  próbkach  z  pojedynczym  karbem  krawę dziowym  przy  współ czynniku przecią ż enia  OL R  =  2,25. 2.2. Przecią ż enia ś ciskają ce,  R = 0. Typowe  krzywe wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  w  funk- cji  liczby  cykli  obcią ż enia  po  przył oż eniu  pojedynczego  przecią ż enia  ś ciskają cego  [11] przedstawion o  n a  rys.  5.  Każ da  krzywa  reprezentuje  jedn ą   próbkę ,  przy  czym  po kazan o WPŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA  WZROST  SZCZELIN 131 także  krzywą   porówn awczą   otrzym an ą   z  próby  bez  przecią ż eń.  U ogólniają c  moż na stwierdzić,  że  przecią ż enia  ś ciskają ce  zmniejszają   lub  nie  wpł ywają   n a  trwał ość  n a  etapie wzrostu  szczelin  zmę czeniowych.  Wię kszy  wpł yw,  jak  pokazan o  n a  rys.  5,  mają   wyż sze przecią ż enia  ś ciskają ce.  Oddział ywanie  takich  przecią ż eń  n a  prę dkość  wzrostu  szczelin zmę czeniowych  bad an o  n a  stopach  alum in ium  [8,  11],  stali  H adfielda  [4]  i  walcowanej n a  zim n o  stali  1020  [5].  Współ czynnik  przecią ż enia  zmieniano  w  granicach  OL R  = =   — 1- f—6,  otrzymują c  skrócenie  trwał oś ci  od  0- 4- 45%.  W  przypadku  walcowanej n a  zim n o  stali  1020, badan ej  przy  współ czynnikach  OL R  ^  — 5, w wię kszoś ci  p ró b  ubytek trwał oś ci  nie  przekraczał   15%.  N ajwię ksze  skrócenie  trwał oś ci  na  etapie  wzrostu  szczelin zmę czeniowych  otrzym an o  w  stopach  alum in ium .  Stwierdzono  jedn ak,  że  pojedyncze przecią ż enia  ś ciskają ce  mają   n a  ogół   mniejszy  wpł yw  n a  wzrost  szczelin  zmę czeniowych, aniż eli  an alogiczn e  przecią ż enia  rozcią gają ce. 2.3. Kombinowane przecią ż enia rozcią gają co- ś ciskają ce,  R  =  0. Rys.  6  przedstawia  cał okształ t bad ań  i  wyników  dotyczą cych  wpł ywu  pojedynczych  przecią ż eń,  pokazanych  n a  rys. ld- j- lg,  n a  wzrost  szczelin  zmę czeniowych.  Jak  widać  istnieje  zasadnicza  róż nica  w  efek- tach ,  zależ nie  od  tego,  czy  przecią ż enie  ś ciskają ce  wystę puje  przed  czy  po  przecią ż eniu 5 0 - Przecią ż enie ś ciskają ce-  rozcią gają ce Przecią ż enie rozcią g- > ico- ś ciskają ce Przecią ż enie rozcią gają ce 10  20 30  40  50  60 Liczba cykli  N( io r ł ) Rys.  6.  Wzrost  pę knięć  zmę czsniowych  dla  obcią ż eń  z  róż nymi  przecią ż eniami  pojedynczymi,  stop  alu- minium 7075- T6  [8] rozcią gają cym.  P rzył oż enie  przecią ż enia  ś ciskają cego  zaraz  p o  przecią ż eniu  rozcią gają- cym  powoduje  cał kowite  lu b  czę ś ciowe  wyeliminowanie  wpł ywów  przecią ż enia  rozcią - gają cego.  N atom iast  przył oż enie  przecią ż enia  ś ciskają cego  przed  przecią ż eniem  rozcią - gają cym  m a  niewielki  wpł yw  n a  trwał ość  n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych. Z  tych  powodów  przy  przewidywaniu  trwał oś ci  zmę czeniowej  należy  dokł adnie  uwzglę d- n ić  kolejność  wystę powan ia  wysokich  obcią ż eń. 132 R.  I.  STEFHFNS 3. Periodyczne i nieregularne pojedyncze  przecią ż enia rozcią gają ce,  R  =   0 D o  badan ia  wpł ywu  periodycznych  i  nieregularnych  pojedynczych  przecią ż eń  rozcią - gają cych,  pokazan ych  n a  rys.  lh- f- li,  uż yto  stali  H adfielda  [4], stali  1020  walcowanej  na zimno  [5] oraz  stali  A440  [9]. Wpł yw  współ czynnika  przecią ż enia  n a  wzrost  szczelin  zmę - czeniowych  w  stali  H adfielda  w  przypadku  pojedynczych  przecią ż eń  periodycznych, przykł adan ych  w  odstę pach  AN   =   10 •   103  cykli,  przedstawion o  n a  rys.  7.  Współ czynnik przecią ż enia  zmieniano  w  granicach  1,25 - f-  2,0.  P odobn ie  ja k  w  poprzedn ich  pró bach . 5 0 - 4 5 - 30- 25- Bez  przecią ż eń OLR- 2 ,0 o  Punkt  przyłoż enia  pojedynczego przecią ż enia  rozcią gają cego AN - 1 0 X1 O3  cykli ^ , - 6 8 , 7  MPa\ ffiT 10 20 30  40 Liczba  cykli  N(103) 50 60 70 Rys.  7.  Wpływ  współ czynnika  przecią ż enia  (OL R)  w  przypadku  periodycznych  pojedynczych  przecią ż eń rozcią gają cych,  stal  H adfielda  [4] również  i  w  tym  przypadku,  im  wyż sze  był o  przecią ż enie,  tym  dł uż sza  był a  trwał ość  n a etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych.  P odobn e  rezultaty  dla  stali  H adfielda  otrzym an o również  w  przypadku  pojedynczych  przecią ż eń  periodycznych  przykł adan ych  w  odstę - pach  AN   =   2 •   103,  4 •   103  i  20 •   103  cykli.  Takie  same  rezultaty  otrzym an o  także  w  przy- padku  stali  1020  walcowanej  n a  zim no  przy  przecią ż eniach  przykł adan ych  w  odstę pach AN   =  2 •   103,  5 •   103,  10 •   103  i  20 •   103  oraz  współ czynniku  przecią ż enia  zmienianym w  przedziale  lo43- r2,40  [5]. Wpł yw  liczby  cykli  AN   pomię dzy  kolejnymi  przecią ż eniami  periodycznym i  przy  sta- ł ym  współ czynniku  przecią ż enia  P 0 IP mai   przedstawion o  n a  przykł adzie  stali  H adfielda n a  rys.  8  [4]. Wszystkie  krzywe  otrzym an o  przy  tym  samym  współ czynniku  przecią ż enia OL R  =   1,75,  podczas  gdy  AN   zmieniano  w  granicach  1 •   103- ~ 20-   103  cykli.  N ajdł uż sze trwał oś ci  n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  we  wszystkich  przypadkach  otrzy- m an o  dla  obcią ż eń  z  pojedynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi.  Z powyż szego  wynika wię c,  że  wszystkie  dalsze  przecią ż enia  wystę pują ce  p o  pierwszym  przecią ż eniu  miał y w  tym  przypadku  niekorzystny  wpł yw  n a  trwał oś ć. Wyjaś nieniem  tego  zjawiska  m oże  być fakt,  że  n astę pne  przecią ż enia  przykł adan o  zanim  szczelina  wyszł a  poza  strefę   a*  lub  r* utworzoną   przez pierwsze przecią ż enie  rozcią gają ce,  i że  opóź n iony wzrost  szczeliny,, odpo- wiadają cy  każ demu  przecią ż eniu,  pojawiał   się   ze  znacznym  spóź nieniem  w  stosun ku  d o WP ŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA WZROST SZCZELIN 133 m om en tu  przył oż enia  tego  przecią ż en ia.  Jedn ak  wyniki  wszystkich  prób  z  przecią ż eniami periodycznymi,  pokazan e  n a  rys.  8  wykazują   dł uż szą   trwał ość  n a  etapie  wzrostu  szczelin zmę czeniowych  aniż eli  trwał ość uzyskan a  w próbie bez przecią ż eń.  N atom iast w  przypadku 50- 4 5 - 40 35 3 0 - 25 Bez  przecią ż eń  AN •> 1 x 1 0 3  , /   ) AN = 4 x1 0 3  AN - 1  \ 0 X1 0 3 AN™  20x10' ' /   Przecią ż enie''', j!  pojedyncze _ _ ^  ' o  Punkt przyłoż enia  pojedynczego  przecią ż enia  rozcią gają cego Kmoxi- 68,7 MPa\ZrrT 10 20 30  40  50 Liczba  cykli  N(103) 60 100 110 Rys.  8. Wpływ  odległ oś ci  pomię dzy  periodycznymi  pojedynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi  AN , stal H adfielda  [4] Bez  przecią ż eń Przecią ż enie  pojedyncze OLR  =1,67 K m a xi - 4 4 , 5 M PaVr ń' o -   Punkt  przyłoż enia  pojedynczego przecią ż enia  rozcią gają cego 15 30 45  60  75 Liczba  cykli  N(103) 90 105 120 Rys.  9. Wzrost  szczeliny  zmę czeniowej  przy  nieregularnych  pojedynczych  przecią ż eniach  rozcią gają cych, przykł adanych w odstę pach równych cykliczaym  strefom  uplastycznionym r*, stal A440 [9] 134  R . I . S T E P H E N S stali  1020  walcowanej  n a  zimno przecią ż enia  periodyczne  przykł adan e w  odstę pach  AN   = =   2-   10 3 - r 20'  103  dawał y  dł uż sze  trwał oś ci  n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych aniż eli  trwał oś ci  uzyskane  w  próbach  z  pojedynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi  [5]. Jest  to  wynikiem  mniejszych  stref  a*  i  r*  wywoł anych  przecią ż eniami  oraz  mał ym  spóź- nieniem  z jakim  pojawiał   się  w  tej  stali,  w  stosunku  do  przył oż onego  przecią ż enia,  opóź- niony  wzrost  szczelin  zmę czeniowych. W  celu  oszacowania  optymalnych  z  pun ktu  widzenia  trwał oś ci  odstę pów  pomię dzy przecią ż eniami  rozcią gają cymi,  wykonano  badan ia  n a  stali  A440  z  obcią ż eniami  o  róż nie rozmieszczonych  rozcią gają cych  przecią ż eniach  nieregularnych  [9].  Wyniki  przedsta- wione  n a  rys.  9  wykazał y,  że  najdł uż szą   trwał ość  na  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czenio- wych  otrzymuje  się   dla  okreś lonego  współ czynnika  przecią ż enia  wtedy,  gdy  pojedyncze przecią ż enia  rozcią gają ce  przykł adan e  są   p o  osią gnię ciu  przez  szczelinę   granicy  cyklicznej strefy  uplastycznionej  w  pł askim  stanie  naprę ż enia  r*,  utworzon ej  przez  przecią ż enie poprzednie  [9]. Każ da  krzywa  widoczna  n a  rys.  9  reprezentuje  jedn ą   próbkę .  P onieważ wraz z dł ugoś cią   szczeliny  rósł  również współ czynnik  intensywnoś ci  n aprę ż eń K o ,  odpowia- dają cej  kolejnym  przecią ż eniom,  zwię kszał   się   także  za  każ dym  razem  wymiar  strefy  /• *. a)  Kmax i"   6 8 ' 7  MPa\ ffiT; Bez przecią ż eń b) OLR = 1,75;  Przecią ż enie  pojedyncze o) OLR - 1 , 6 7; dN -   40 x 1 0 3  cykli d) OLR -  2,0; AN -   2 x 10 3  cykli Rys.  10. Wpływ  przecią ż eń  na makroskopowy  obraz  przeł omów zmę czeniowych,  stal  H adfielda  [4] Z  przedstawionych  n a  rys.  74- 8  rezultatów  bad ań  wynika,  że  przecią ż enie  rozcią ga, ją ce  wystę pują ce  w  widmie  obcią ż eń  może  mieć  wpł yw  korzystny,  n iekorzystn y  lub  nie oddział ywać  przy  danym  widmie  obcią ż eń  n a  trwał ość n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę cze- niowych.  P rzyrost  dł ugoś ci  szczeliny  w  okresie  oddział ywania  przecią ż enia  rozcią gają cego zależy  od materiał u i intensywnoś ci  n aprę ż eń odpowiadają cej  temu przecią ż eniu.  N a rys.  10 przedstawiono  typowe  m akroskopowe  obrazy  urzeź bienia  przeł om ów  zmę czeniowych otrzymanych  przy  obcią ż eniach:  a)  bez  przecią ż eń,  b)  z  przecią ż eniem  pojedynczym, c)  z  czterema przecią ż eniami  periodycznymi,  d)  z  wieloma  przecią ż eniami  periodyczn ym i, które  spowodował y  nawet  widoczny  przyrost  dł ugoś ci  szczeliny  [4], N ależy  także  zauwa- WP ŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA  WZROST  SZCZELIN 135 ż yć,  że  przy  dł uż szych  szczelinach  wystę puje  dostrzegaln y  tzw.  tunelowy  ich  wzrost.  We wszystkich  przypadkach  szczeliny  propagował y  się   wedł ug  tzw.  modelu  rozrywania, dają c  przeł om  o  pł askiej  powierzch n i  {flat  mode)  prostopadł ej  do  powierzchni  bocznych pró bki  z  wyraź nie  m akro sko po wo  widocznym i  miejscami  przył oż enia  przecią ż eń.  Tzw. powierzchn ie  ś cię cia  {shear  lips)  powstawał y  zwykle  w  obszarach  koń cowego,  szybkiego \ • • • "  •   • •   . • • •   • "  • •   •   -   • • • •   • B . 6,3 Położ enie  prą ż ków  zmę czeniowych 2  jjm Rys.  11. Prą ż ki  zmę czeniowe  przed  i  po  przył oż eniu pojedynczego  przecią ż enia  rozcią gają cego,  stal H ad- fielda  [4] wzrostu  szczelin.  W  obszarach  oddział ywan ia  przecią ż eń  wykryto  wyraź nie  widoczne także  n a  powierzchn iach  przeł om ów,  p ro d u kt y  korozji  ciernej  w  postaci  tlenków  ż elaza lub  tlen ków  alum in ium .  Wskazuje  t o ,  że  istnieje  tzw.  zam ykanie  się   szczelin  w  obszarze oddział ywania przecią ż enia  rozcią gają cego,  którą   to h ipotezę  postawił  wcześ niej  ELBER  [15J. Spóź n ian ie  się ,  w  stosun ku  do  m om en tu  przył oż enia  przecią ż enia  rozcią gają cego, wystę powania  opóź n ion ego  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  pokazan o  na  rys. 3,  7,  8  i  9. N ie jest  o n o jed n ak  widoczn e  n a  rys.  6, gdzie  przedstawion o  wyniki  otrzym an e  z  badan ia stopu  alum in ium  7076- T6.  Spóź n ien ie  to  był o  najwię ksze  w  m ateriał ach  o  niskich  gra- n icach  plastycznoś ci,  charakteryzują cych  się   duż ymi  strefami  r*.  P onieważ  m akroskopowe pom iary  dł ugoś ci  szczelin  dokon ywan e  był y  n a  powierzchn iach  próbek,  powstaje  pytan ie, 136 R.  I.  STEPHENS czy  spóź nienie  z jakim  wystę puje  opóź niony  wzrost  szczelin  zmę czeniowych  nie jest  tylko zjawiskiem  powierzchniowym.  W  tym  celu  zbadan o  za  pom ocą   m ikroskopu  skan n in - gowego  (powię kszenie  x  15000)  szereg  przeł omów  w  ś rodku  gruboś ci  kilku  m ateriał ów. Tylko  niewielki  procen t  przeł omów  posiadał   prą ż ki  zmę czeniowe.  Jedn ak  n a  zdję ciach mikrofraktograficznych  A,  B,  C  i  D   (rys.  11)  widoczne  są   prą ż ki  zmę czeniowe  zarówn o przed, jak  i po przył oż eniu przecią ż enia.  Poł oż enie każ dego  zdję cia  n a przeł omie p o kazan o n a  schemacie, leż ą cym  w  lewym  górnym  rogu  rys.  11. Strzał ki wskazują   kierun ek  wzrostu szczeliny  zmę czeniowej.  Zdję cie  A  wykon an o  tuż  przed  przył oż eniem  przecią ż enia,  n at o - miast  zdję cia  B,  C i  D  p o  przył oż eniu  przecią ż enia,  w  róż n ych  rosną cych  w  stosun ku  do pun ktu  przył oż enia  tego  przecią ż enia  odległ oś ciach.  Widoczn e  jest,  że  prą ż ki  zmę cze- niowe  w  chwilę   przed  przył oż eniein  przecią ż enia  leżą   bardzo  blisko  siebie,  co  wskazuje n a  mał ą   prę dkość  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej.  N atom iast  w  chwilę   p o  przył oż eniu przecią ż enia  odległ oś ci  pomię dzy  prą ż kami  widocznymi  n a  zdję ciu  B  są   bardzo  duż e, ś wiadcząc  o  duż ej  prę dkoś ci  wzrostu  szczeliny.  W  m iarę  jej  wzrostu,  czyli  oddalan ia  się od  pun ktu  przył oż enia przecią ż enia,  odległ oś ci  mię dzy  prą ż kami  zmę czeniowymi  zmniej- szają   się   (patrz zdję cie  C i D ). 12- E  & Ł 8 - 4 - 2 - o  Pomiary  makroskopowe •   Pomiary  mikroskopowe 31 32 33  34  35  36 Długość  szczeliny  a [mm] 37 3 8 Rys.  12. Porównanie prę dkoś ci  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  okreś lonych  metodami mikro-   i makro- skopowymi  przy  obcią ż eniach  z  nieregularnymi  pojedynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi,  stal  H ad- fielda  [4] W P Ł YW  P R Z E C I Ą Ż EŃ   N A  WZ R O ST  SZ C Z E LI N   137 Rys.  12  stan owi  porówn an ie  prę dkoś ci  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  w  stali  H ad- fielda  zmierzonej  m etodą   m akroskopową   podczas  bad ań  i  prę dkoś ci  okreś lonej  n a  pod- stawie  ś rednich  odległ oś ci  pom ię dzy  prą ż kami  zmę czeniowymi,  zmierzonych  w  róż nych p u n kt ach  przeł om u  za  pom ocą   m ikroskopu  skan n in gowego.  Pionowe  linie  kreskowe widoczne  n a  rys.  12  oznaczają   p u n kt  przył oż enia  przecią ż enia.  Pomimo  znacznego  roz- rzutu  jakim  charakteryzują   się   uzyskane  rezultaty  bad ań  mikroskopowych,  potwierdzają się   jedn ak  wnioski  dotyczą ce  spóź n ien ia  z jakim  pojawia  się   opóź niony  wzrost  szczelin zmę czeniowych,  otrzym an e  z  ba d a ń  m akroskopowych. 3.1. Model matematyczny.  P rzewidywanie  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  pod  widmem obcią ż eń  wym aga  uwzglę dnienia  wszystkich  zjawisk  opisanych  wyż ej.  N ajwię cej  modeli teoretyczn ych  dotyczą cych  tego  zagadn ien ia  zbudowan o  w  oparciu  o  efekty  oddział y- wania  stref  uplastyczn ion ych  powstają cych  przed  wierzchoł kiem  szczeliny  lub  w  oparciu o  h ipotezę   o zam ykan iu  się   szczeliny  [17], wprowadzają c  do  obliczeń  nowy  param etr tzw. efektywny  współ czyn n ik intensywnoś ci  n aprę ż eń  [15,18]. Jedn ak bez wzglę du na  stosowany m odel  zawsze muszą   być  zn an e pewne  wielkoś ci dotyczą ce  opóź nień, wzrostu  szczelin  przy stał ej  am plitudzie  obcią ż enia  oraz  odporn ość  n a  pę kan ie  m ateriał u. Wykorzystują c  dane dotyczą ce  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  przy  obcią ż eniu  o stał ej  amplitudzie bez prze- cią ż eń  i z pojedynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi  oraz dane dotyczą ce  granicy  plasty- cznoś ci i odporn oś ci n a pę kan ie, przean alizowan o, za pom ocą  uproszczonego modelu przed- stawionego  niż ej, rezultaty  26 p r ó b  z  obcią ż eniami  o nieregularnych  przecią ż eniach  rozcią - gają cych  przeprowadzon ych  n a  stali  A440  [9]. R óż nice pom ię dzy  trwał oś ciami  rzeczywis- tymi  i  teoretycznym i,  obliczonym i  n a  podstawie  tego  m odelu,  wahał y  się   w  granicach 57- ;- 112%.  Ś rednia  trwał ość  teoretyczn a  stan owił a  okoł o  77%  trwał oś ci  rzeczywistej, przy  czym  wię kszość wyników  leż ała po  tzw.  bezpiecznej  stron ie, tzn . trwał ość teoretyczna był a  krótsza  od  rzeczywistej.  Trwał oś ci  teoretyczn e  leż ą ce  po  niebezpiecznej  stronie  nie wykraczał y  n atom iast  n awet  poza  pasm o  rozrzutu  uzyskane  z  prób  powtarzanych  (du- blowan ych). • U '  podstaw  wspom n ian ego  wyż ej  uproszczon ego  modelu  leżą   cztery  zał oż enia  [9]: 1.  Opóź nienie  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  w  okresie  jej  przechodzenia  przez  cy- kliczną   strefę   uplastyczn ion ą   r*,  utworzon ą   przez  przecią ż enie,  zmienia  się   liniowo  [por. (Di. 2.  Opóź nienie  w  okreś lon ym  ś rodowisku  jest  funkcją   współ czynnika  przecią ż enia OL R  i  współ czynnika  asymetrii  cyklu  R. 3.  Jeś li  wierzchoł ek szczeliny  znajduje  się  poza  strefą   r*,  utworzoną   przez przecią ż enie, jej  wzrost  dobrze  opisuje  wzór 4.  Współ czyn n ik  intensywnoś ci  n aprę ż eń  odpowiadają cy  każ demu przecią ż eniu  może być  param etrem  charakteryzują cym  warun ki,  lecz  zależ nym  od  wielkoś ci  strefy  r*  po- wstał ej  przy  tym  współ czyn n iku. Jeś li  wierzchoł ek szczeliny  znajduje  się  poza  strefą   /• *,  trwał ość m oż na obliczać poprzez cał kowan ie  wzoru (2)  - ~  m A{AKf,  gdzie  AK  =  ń af(a). 2  M ech .  Teoretyczn a  i  Stosowan a  2/ 78 138  R . I . S T E P H E N S W  wyniku  tego  cał kowania  otrzymuje  się   zależ ność uw  • Wyraż enie  pod  cał ką  jest  zwykle  bardzo  zł oż one  i  wymaga  stosowania  maszyn  m ate- matycznych. N atom iast jeś li wierzchoł ek szczeliny  znajduje  się  wewną trz  strefy  /• *, do  obli- czania  trwał oś ci  w tym  obszarze  stosuje  się   wzór  (3), którego  lewa  stron a pom n oż ona jest przez  współ czynnik  opóź nienia  RF  (patrz  rys.  4),  a  górn a  gran ica  cał kowan ia  a i + 1  za- stą piona  przez  sumę   a t +r*.  A  zatem (4)  AN i  m  ' [f(a)f < H Wyraż enie  (4) dotyczy  iloś ci  cykli  obcią ż enia, jaka  potrzebn a jest  do wydł uż enia  szcze- liny  o  odcinek równy  /• ;*.  Jeś li  zm iana am plitudy  obcią ż enia  n astą pi  przed  wyjś ciem  szcze- liny  ze  strefy  rf,  wtedy  należy  uż yć przybliż onego  wzoru,  otrzym anego  z pom n oż en ia  wy- raż enia  (4) przez  iloraz  Aat/ rf, gdzie  Aai  jest  przyrostem  dł ugoś ci  szczeliny,  dla  którego przeprowadza  się   obliczenia.  Wówczas / da [f(a)f Cał kowite zniszczenie  nastą pi  wtedy,  gdy  K ma%   lub  K o   osią gnie  wartość  równą   odpor- noś ci n a pę kanie. Zastosowanie  przedstawionego  m odelu  wymaga  jedn ak  dokł adn ego  postę powan ia krok  p o  kroku  za  zmianami, jakie  od  począ tku  do  koń ca  zachodzą   w  widmie  obcią ż eń. M oże  on być  wykorzystywany  zarówno  do  obliczania  liczby  cykli  obcią ż enia  dla  dan ego przyrostu  dł ugoś ci  szczeliny  jak  i  przyrostu  przy  danej  liczbie  cykli  i  historii  obcią ż enia. M odel  ten  najbardziej  uż yteczny  jest  wtedy,  gdy  skom plikowane  widma  obcią ż eń  mogą być  rozł oż one  na  szereg  prostszych  bloków  obcią ż eń  z  przecią ż eniami  n ieregularn ym i. Cał kowita  trwał ość  na  etapie  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  może  wię c  być  okreś lona poprzez  odpowiednie  wykorzystanie  wzorów  (3), (4)  i  (5). Wyboru  wł aś ciwego  w  danej chwili wzoru  dokonuje się  n a podstawie porówn an ia odpowiednich wartoś ci  r*.  N ajwię ksza wartość  r* jest  wł aś nie param etrem  charakterystycznym . N ajwię kszą   prawdopodobn ie  wadą   przedstawionego  m odelu  uproszczonego  jest  po- minię cie  zjawiska  spóź nienia  z  jakim  wystę puje-   opóź nienie  wzrostu  szczeliny zmę czenio- wej.  Przyję to  bowiem,  że  prę dkość  wzrostu  szczeliny  wewną trz  strefy  r*  zmienia  się   li- niowo.  Zbież ność  wyników  teoretycznych  i  eksperymentalnych  jest  jedn ak  dość  dobra. Wyją tek  stanowi  tylko  stal  A440,  w  której  opóź niony  wzrost  szczelin  zmę czeniowych  po- jawił   się   z  duż ym  spóź nieniem. 4,  P eriodyczn e  obcią ż enia  wielokrotn e,  R  — 0 Wpł yw  wielokrotnych  periodycznych  przecią ż eń  rozcią gają cych  n a  wzrost  szczelin zmę czeniowych badan o dla stali  1020  walcowanej  n a zim no  [6]. Badan ia prowadzon o pod obcią ż eniami  przedstawionymi  schematycznie  n a  rys.  I j.  Stosowano  róż ne  iloś ci  przecią - WP ŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ  NA  WZROST SZCZELIN 139 ż eń  wielokrotn ych  AN 0   =  1, 20,  30,  50,  100 i  200  cykli  oraz  róż ne odstę py pomię dzy  tymi przecią ż eniami  AN   =   5000,  10 000  i  20 000  cykli.  P rzykł ady  wzrostu  szczelin  zmę czenio- wych  p o d  takim i  obcią ż eniami  po kazan o  n a  rys.  13,  gdzie  każ da  krzywa  reprezentuje jedn ą   próbkę   [13].  P ion owe  linie  pun ktowe  odpowiadają   wzrostowi  szczeliny  zmę czenio- 50' 45 4 0 - 35 3 0 - 25 Bez  przecią ż eń Przecią ż enie  pojedyncze /   AN „ -   50 AN o  =  30 A N 0 - 1 AN  " 1 0 X1 0 3  cykli K ^  i •  40,3 MPaVm OLR- 2 ,4 40 80  100  ,  120 Liczba  cykli N [ 10 3] 140 160 180 Rys.  13. Wzrost  szczelin  zmę czeniowych przy  wielokrotnych psriodycznych  przecią ż eniach  rozcią gają cych, stal  1020 walcowana  na zimno  [6] wej  spowodowan em u  dział an iem  wielokrotnych  przecią ż eń  rozcią gają cych,  natomiast linie  cią głe  reprezentują   wzrost  szczeliny  przy  obcią ż eniach  niż szych.  N ie  zaczernionymi kół kam i  zazn aczon o  p u n kt y  przył oż en ia  przecią ż eń.  D la  porówn an ia  narysowano  także krzywą   otrzym an ą   z  próby  bez  przecią ż eń  i  pojedynczym  przecią ż eniem  rozcią gają cym. Wyniki  bad ań  widoczn e  n a  rys.  13  otrzym an o przy  współ czynniku  przecią ż enia  OL R  = =   Po[Pm»x  =   2,4  i  odstę pie  AN   =   10 000  cykli. Widoczne jest, że  najdł uż szą   trwał ość  otrzym an o  w  niniejszym  przypadku  dla  AN 0   = =   10  cykli.  Trwał ość n at om iast  m alał a  wraz  ze  wzrostem  liczby  przecią ż eń  AN 0 .  Spowo- dowan e  to był o zwię kszają cym  się   przyrostem  szczeliny  n a  skutek  przecią ż eń.  Pojedyncze przecią ż enie  rozcią gają ce  był o  mniej  korzystn e  od  przecią ż eń  wielokrotnych  przykł ada- n ych  w  liczbie  AN 0   =   1  - ł-  50  cykli,  n atom iast  bardziej  korzystne  w  stosunku  do  prze- cią ż eń  wielokrotn ych  przykł adan ych  w  liczbach  AN 0   —  1004- 200  cykli. W  celu  okreś lenia  optym aln ej  liczby  przecią ż eń  [6]  wielokrotnych,  wyniki  badań przedstawion o  w  postaci  wykresu  «trwał ość  —  liczba  przecią ż eń  AN Q )> (patrz  rys.  14). K aż da  krzywa  dotyczy  in n ego  współ czynnika  przecią ż enia  i  innego  odstę pu  pomię dzy tymi  przecią ż eniam i. W  wię kszoś ci  przypadków  najdł uż szą   trwał ość przy  współ czynnikach przecią ż enia  wię kszych  od  1,7  otrzym an o  dla  AN 0   =   10  cykli.  Z  powyż szego  wynika, 140 R.  ].  STEPHENS że  kilka  wielokrotnych  przecią ż eń  nieregularnych  może  wydł uż yć  trwał ość bardziej  aniż eli pojedyncze  przecią ż enia nieregularne. D ziej e się   to skutkiem wię kszej intensywnoś ci  ś ciska- ją cych  naprę ż eń  pozostają cych  w otoczeniu  wierzchoł ka  szczeliny  i wię kszym  jej  zam knię - ciem,  Zmiany  liczby  przecią ż eń  AN 0   nie  miał y n atom iast  wię kszego  wpł ywu  n a trwał ość przy  współ czynnikach  przecią ż enia  mniejszych  od  1,7. 240- 160- 120- a  AN = 2 0 x1 0 3 cykli O  AN ' 1 0 X1 0 3  cykli A  AN=  5X103 cykli OLR=2,0 OLR- 2,4 10 30  50 AN„  [cykli] 150 200 Rys.  14.  Wpływ  odległ oś ci  (dN )  pomię dzy  wielokrotnymi  periodycznymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi na trwał ość na etapie wzrostu szczslin  zmę czeniowych,  stal  1020 walcowana  na zimno  [6] 5. Wpływ  małych  przecią ż eń  ś ciskają cych, JR  <   0 5.1. Obcią ż enie o stałej amplitudzie.  Wię kszość  danych  n a  tem at  wzrostu  szczelin  zmę cze- niowych  przy  stał ej  amplitudzie  obcią ż enia  dotyczy  zwykle  obcią ż eń  rozcią gają cych  tzn . R  >  0.  Istnieją   cztery  gł ówne przyczyny,  dla  których  w  badan iach  wzrostu  szczelin  zmę - czeniowych  przy  stał ej  amplitudzie  obcią ż enia  pomija  się   n aprę ż en ia  ś ciskają ce: 1.  N ieliczne  dotychczasowe  badan ia  wykazał y,  że  n aprę ż en ia  ś ciskają ce  mają   tylko niewielki  wpł yw  n a  prę dkość  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych.  Wniosek  ten  wypł ywa z  faktu,  że  w  czasie  realizacji  czę ś ci  dla  cyklu  obcią ż eń  ś ciskają cych  nastę puje  znikom y przyrost  dł ugoś ci  szczeliny,  gdyż  w  tym  okresie  jest  ona  wtedy  zam kn ię ta. 2.  H ipoteza  o  zam ykaniu  się   szczeliny  wydaje  się   potwierdzać  wniosek  o  nieszkodli- woś ci  naprę ż eń  ś ciskają cych. 3. N iejasn a  jest  definicja  zakresu  współ czynnika  intensywnoś ci  n aprę ż eń  AK  i  m in i- malnego  współ czynnika  intensywnoś ci  n aprę ż eń  K mni   w  czę ś ci  cyklu  obcią ż enia  ś ciska- ją cego. 4. W  badan iach  z  obcią ż eniami  ś ciskają cymi  wymagane  jest  bardziej  skom plikowan e stanowisko  do  zamocowywania  próbek. W  celu  gł ę bszego  zrozumienia  wpł ywu  n aprę ż eń  ś ciskają cych  n a  wzrost  szczelin  zmę - czeniowych  przy  stał ej  am plitudzie  obcią ż enia  przeprowadzon o  badan ia  siedmiu  spoś ród dziewię ciu  m ateriał ów  opisanych  w  tabl.  1.  Badania  wykonywano  n a  próbkach  rozcią - WPŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA WZROST SZCZELIN 141 ganych  zwartych,  przy  współ czyn n ikach  asymetrii  cyklu  R  =  + 0, 5- ^ —3.  Typowy  przy- kł ad  wyników  otrzym an ych  z  ba d a ń  stali  A440  [9] przedstawia  rys.  15. R ezultaty badań pokazan o  w  postaci  wykresów  przedstawiają cych  prę dkość  wzrostu  szczelin  zmę czenio- wych dajdN   w funkcji  dodatn iej (rozcią gają cej)  czę ś ci zakresu współ czynnika intensywnoś ci n aprę ż eń+ AK.  D odatn ią  czę ść  zakresu  współ czyn n ika intensywnoś ci  naprę ż eń AK  zdefi- n iowan o  ja ko f  0  dla  R  <  0, +AK-   K max - K min ,  gdzie  K mln   = \ [K mln   dla  R  >  0. U n ika  się   w  ten  sposób  n iepoprawn ej  interpretacji  ujemnej  intensywnoś ci  naprę ż eń. P rę dkoś ci  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  wyzn aczon o  za  pomocą   maszyny  matema- tycznej,  aproksym ują c  zależ n ość  pom ię dzy  dł ugoś cią   szczeliny  i  liczbą   cykli  obcią ż enia za  pom ocą   wielom ian u, wyzn aczan ego  m etodą   najmniejszych  kwadratów  drugiego  rzę du, zalecaną   przez  AST M   C om m ittee  E- 24  [19]. 2- i  j - 1 0 - 3- « $ 3 5- 2- 1 O " 1 - a • 0 • A - R =  +14 - R =0 - R—% - R =  - 1 - R = - 2 15 20 7o ióo30  50 +AK- [MPa\ ffń] Rys.  15.  Wrrost szczelin zmę czeniowych pod  obcią ż eniami  o stał ych  amplitudach z ujemnymi  i  dodatnimi wartoś ciami  współ czynnika asymetrii cyklu  R,  stal A440 [9] 142 R.  I.  STEPHENS P om im o  róż nych  współ czynników  asymetrii  cyklu  R  =   + 1/ 2,  O,  —1/ 2,  — 1  wyniki badań  charakteryzują   się   mał ym  rozrzutem .  Jest  to  zgodne  z  poprzedn im i  sugestiami o  nieszkodliwoś ci  naprę ż eń  ś ciskają cych.  N ależy  jedn ak  zaznaczyć,  że  w  niniejszych  ba- dan iach  zauważ ono  okoł o  25% skrócenie  trwał oś ci przy  zm ianie  współ czynnika  asymetrii cyklu  od  0  do  — 1.  N atom iast zupeł nie inny był   charakter  wzrostu  szczeliny  zmę czenio- wej  przy  współ czynniku  R  =  — 2, jako  ze  począ tkowo  prę dkość  dajdN   m alał a,  a  potem rosł a. Ten  począ tkowy  stosunkowo  szybki  wzrost  szczeliny  był   prawdopodobn ie  przyczyną znacznego  skrócenia  trwał oś ci  dają c  w  efekcie  40- 7- 80%  trwał oś ci  uzyskanej  przy  R  — 0. M ógł   on  być  także  wynikiem  wcześ niejszego  inicjowania  szczeliny  przy  R  =   0,  które spowodował o  wię ksze jej  zaostrzenie  i powstanie  niskich  n aprę ż eń  pozostają cych  w  oto- czeniu wierzchoł ka. Wą skie  pasm o  rozrzutu  dla  podobn ie  przedstawionych  wyników  da/ dN   =  f(+AK) otrzym ano  także  w  przypadku  obydwóch  stopów  alum in ium .  Zmniejszenie  trwał oś ci o  okoł o  10- i- 30%  otrzym an o  tylko  przy  R  =  — !• Ą  — 3.  Natomiast  w  przypadku  ż eliwa sferoidealnego  róż nice pomię dzy wytopami  był y wię ksze od róż nic wynikają cych  ze zm iany współ czynnika  asymetrii  cyklu  od  R  =  0  do  R  =  — 1. 46 4 0 - 3 5 - 3 0 - 2 5 - 20- Sy i A m —"  "  i  - " • - — '— - 1412   MPa  / / P  Sy  - 7 57   MPa '~yy yć L  1 • r  AN y = 1136  MPa 0  - R  = 0 a  - R - -1 12  16 Liczba cykli N [ 10 3] 20 24 Rys.  16. Wzrost  szczslin  zmę czeniowych  pod  obcią ż eniami  o stał ych amplitudach z zerowymi  lub  ujemnymi współ czynnikami  asymetrii  cyklu, K mas   =   33  MPa ]/ m,  Stal AISI 4140  [13] W  przypadku  trzech  odmian  ulepszanej  cieplnie  stali  4140  o  granicach  plastycznoś ci 757 jM Pa, '1136  M P a i  1412  M P a prę dkość  wzrostu  pę kn ięć  zmę czeniowych  ba d a n o  przy stał ym  zakresie  intensywnoś ci  naprę ż eń, stosują c  tzw.  technikę   stopniowego  zmniejszania obcią ż enia  [13]. Badan ia wykonano  n a próbkach  rozcią ganych  zwartych  (CT) przy  współ - czynnikach  R  =   0,  - 1/ 2,  - 1  i  K mM   =   33  M P a ] / m .  Krzywe  wzrostu  szczeliny  zmę cze- niowej  w funkcji  liczby  cykli  obcią ż enia  przedstawion o  n a  rys.  16.  W  celu  wię kszej  przej- WPŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA WZROST  SZCZELIN 143 rzystoś ci  po kazan o  tylko jedn ą   pią tą   wyników.  P rzy  okreś lonym  współ czynniku  asymetrii cyklu  R  i  m ateriale  prę dkość  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej  był a  stał a  n a  cał ej  jej  dł u- goś ci.  D la  uł atwien ia an alizy  porównawczej  wyeliminowano  z  rysunku  także  krzywe  uzy- skan e  d la  R  =  - 1/ 2,  pon ieważ  we  wszystkich  pró bach leż ały pomię dzy  krzywymi  otrzy- m an ym i  dla  R  =   0  i  R  =  — 1. Wartoś ci  prę dkoś ci  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  po dan o w tabl. 3.  Widoczne jest, że  prę dkość  wzrostu  szczelin  da/ dN   w  okreś lonym  m ateriale  roś nie, jeś li  współ czynnik  R maleje  od  0  do  — 1.  N ajwię ksza  róż n ica  w  prę dkoś ciach  spowodowana  zmianą   R, jaką zan otowan o  we  wspom n ian ych  trzech  odm ian ach stali  4140,  wynosił a  18%, a  najmniejsza 2%.  N ajwię ksza  róż n ica  był a jedn akże  mniejsza,  aniż eli  róż nice jakie  otrzym an o przy  sta- Tablica  3.  Prę dkoś ci  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych w  stali 4140  przy  stał ej  amplitudzie  współ czynnika  intensywnoś ci naprę ż eń  ń ajAN  [(xnim/ cykl]  K max   =>  33 M Paj/ nT Sy [MPa] 1412 1136 757 R = 0 153 122 91 R=  - 1/2 161 126 98 181 125 101 ł ym współ czynniku  R  pom ię dzy  tym i  odm ian am i. R óż n ice pomię dzy  rezultatam i otrzyma- nymi  dla  stali  o  najwyż szej  i  najniż szej  granicy  plastycznoś ci  wahał y  się   bowiem  w  grani- cach  68- r- 80%.  N aprę ż en ia  ś ciskają ce  powodują   wię c  podwyż szenie,  prę dkoś ci  wzrostu szczelin  zmę czeniowych  w  stali  4140,  lecz zm iany  te  są   mniejsze  od zmian  spowodowanych n p .  prawie  dwukrotn ym  podwyż szeniem  granicy  plastycznoś ci. M oż na  wię c  stwierdzić,  że  w  przypadku  siedmiu  badan ych  materiał ów  naprę ż enia ś ciskają ce  powodują   przy  stał ej  am plitudzie  obcią ż enia  podwyż szenie  prę dkoś ci  wzrostu szczelin  zmę czeniowych.  Jest  on o jed n ak  stosun kowo  m ał e i w ż adnej  z przeprowadzonych p r ó b  róż nice  spowodowan e  n aprę ż en iami  ś ciskają cymi  nie  był y  nawet  2- krotne.  W  przy- p ad ku  siedmiu  badan ych  m ateriał ów  uzasadn ion e  wydaje  się   wię c  pomijanie  naprę ż eń ś ciskają cych  przy  okreś lan iu  trwał oś ci  n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  dla  ob- cią ż eń  o stał ych am plitudach . Tego  stwierdzenia  nie m oż na jedn ak  rozszerzyć,  co zostanie wyjaś nione  niż ej, n a wzrost  szczelin  zmę czeniowych  przy  obcią ż eniach o zmiennych ampli- t u dach . 5.2. Pojedyncze przecią ż enia rozcią gają ce.  Wpł yw  pojedynczych  przecią ż eń  rozcią gają cych n a  wzrost  szczelin  zmę czeniowych  bad an o  n a  pró bkach  rozcią ganych  zwartych,  wykona- n ych z tych samych  siedmiu  m ateriał ów opisanych  wyż ej.  W przypadku  stopów aluminium 2024- T3  i 7075- T6  dla  celów  porówn awczych  oraz  pom iaru  współ czynnika  intensywnoś ci n aprę ż eń przy  otwieran iu i zam ykan iu  się   szczeliny  [12] uż yto  także  próbek z  pojedynczym karbem  krawę dziowym  [10].  Wartoś ci  współ czynników  asymetrii  cyklu  R  obcią ż enia realizowanego  po  przył oż en iu  przecią ż enia  był y  R  =  0,  —1/ 2,  - 1  i  - 2.  Wartoś ci  współ - czynnika przecią ż enia zm ien ian o w  granicach  1,67- ^3,0. Aż eby  w próbach  zachowane  był y 144 R.  I.  STEPHENS jednakowe  warunki  w  otoczeniu  wierzchoł ka  szczeliny,  wszystkie  szczeliny  zmę czeniowe przed przył oż eniem przecią ż enia  inicjowane  był y pod  obcią ż eniem  o współ czynniku  R  =   0. N a  rys.  17  pokazan o  krzywe  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  w  funkcji  liczby  cykli po  przył oż eniu  pojedynczego  przecią ż enia  rozcią gają cego  w  stopie  alum in ium  7075- T6. Badania  prowadzono  n a  próbkach  rozcią ganych  zwartych.  Widoczne  jest,  że  przy współ czynniku  R  =  0  nastą piło  cał kowite  zatrzymanie  szczeliny,  n atom iast  dalsze  zmniej- szanie  współ czynnika  asymetrii  cyklu  od  R  =   —1/ 2  do  R  =   —2  powodował o  cią głe R - 0 Z Zatrzymanie  szczeliny 170  190  210 Liczba  cykli N [ 10 3] 230 250 Rys.  17.  Wzrost  szczjlin  zmę czeniowych  po przył oż eniu  pojedynczego  przecią ż enia  rozcią gają cego,  stop aluminium 7075- T6 [8] R - 0 10  48 Liczba  cykli N [ 1 0 3 ] 52 54 Rys.  18. Wzcost  szczelin  zmę czeniowych  po przył oż eniu pojedynczego  przecią ż enia  rozcią gają cego,  stop aluminium 2024- T3 [10] WPŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA  WZROST SZCZELIN 145 zmniejszanie  opóź n ien ia  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych.  P odsumowanie  wyników badań stopów  alum in ium  2024—T3  i  7075- T6  przedstawion e  w  postaci  wykresów  unormowanej trwał oś ci przy przecią ż eniach w zależ noś ci od współ czynnika asymetrii  cyklu  i? [8] widoczne jest  n a  rys.  19. Z przytoczon ych  rys.  17,  18 i  19 jasn o  wynika, że  niskie  n aprę ż en ia ś ciska- ją ce  wystę pują ce  p o  pojedynczym  przecią ż eniu  rozcią gają cym  znacznie zmniejszają   opóź- nienie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych, jakie  w  badan ych  stopach wywoł uje  tylko  przecią - ż enie  rozcią gają ce. c  13- I OLR- 3 ul 13- OLR - 2,5 0  - li  - 1  - 2 Współczynnik asymetrii cyklu  R a) stop aluminium  2024- T3 - 1  - 2 Współczynnik asymetrii cyklu R b) stop aluminium 7075- T6 Rys.  19.  Wpływ  ujemnych  współ czynników  asymetrii  cyklu  (R)  na  trwał ość  na  etapie  wzrostu  szczelin zmę czeniowych  po przył oż eniu pojedynczego  przecią ż enia rozcią gają cego  [8] P odobn e  skrócenie  un orm owan ej  trwał oś ci  przy  przecią ż eniach  i  zmniejszanie  opóź- n ien ia  wskutek  zm niejszania  współ czynnika  asymetrii  cyklu  w  przedziale  R  =  0- r  — 2  wy- stę powało  również  w  stali  A440  [9]  (patrz  rys.  20.)  Badan ia  prowadzon o  n a  próbkach rozcią ganych  zwartych  przy  współ czynniku przecią ż enia  OL R  =   1,67.  Także w  przypadku ż eliwa  sferoidalnego  dla  R  =   — 2  trwał ość  w  obecnoś ci  przecią ż eń  był a znacznie  krótsza aniż eli  dla  R  =  0.  N a  rys.  21  przedstawion o  n atom iast  wpł yw  współ czynnika  asymetrii cyklu  R  n a  opóź n ien ie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych,  spowodowane  pojedynczym przecią ż eniem  rozcią gają cym  o  współ czynniku  przecią ż enia  OL R  =  2,25.  Badania  pro- wadzon o  przy  stał ym  współ czyn n iku  intensywnoś ci  n aprę ż eń  AK  dla  wszystkich trzech odm ian stali 4140. W  tym przypadku  również m oż na zauważ yć  wyraź ne  zmniejszenie  opóź- n ien ia,  od  pojedynczego  przecią ż en ia  rozcią gają cego  przez  n aprę ż en ia  ś ciskają ce. Wyniki  bad ań przedstawion e n a rys.  17- 7- 21 wskazują , że nawet w zupeł nie róż nych ma- m eriał ach ,  m ał e  n aprę ż en ia  ś ciskają ce,  wystę pują ce  po  przecią ż eniu  rozcią gają cym  po- wodują   zn aczn e  zmniejszenie  opóź n ien ia  wzrostu  szczeliny  zmę czeniowej,  wywoł anego tym  przecią ż eniem.  Z mniejszenie  opóź n ien ia jest  tym  wię ksze  im  wię ksze  są   naprę ż enia Stal A440 OLR- 1, 67 O  - '/ ,  - 1  - 2 Współczynnik  asymetrii  cyklu R Rys.  20.  Wpływ  ujemnych  współ czynników  asy- metrii  cyklu  (R)  na  trwał ość  na  etapie  wzrostu szczelin  zmę czeniowych  po  przył oż eniu  pojedyn- czego  przecią ż enia  rozcią gają cego  [9,  14] 3 6 - 3 2 - 2 8 - 24- 2 0 - f  16- 1 2 - 4 - Stal 4140 OLR -  2,25 K„ , a i i- 3 3 M PaVr iT Współczynnik asymetrii cyklu R - 1 Rys. 21. Wptyw ujemnych współ czynników asymetrii cyklu  (R) na  opóź nienie wzrostu  szczelin zmę czenio- wych  po przył oż eniu pojedynczego  przecią ż enia rozcią gają cego  [13] [146] WP ŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA.  WZROST SZCZELIN   147 ś ciskają ce.  Z powyż szego  wynika  wię c, że  w przypadku  widm  obcią ż eń  o zmiennych ampli- t u dach ,  przy  których  należy  spodziewać  się   opóź n ień, wniosek  o  nieszkodliwoś ci  mał ych n aprę ż eń  ś ciskają cych  jest  bł ę dn y. R ezultaty  ba d a ń  przedstawion e  n a  rys.  21  dostarczają   także  waż nych  informacji z in n ego pu n kt u widzenia,  a  m ianowicie  dan ych dla  porówn ywan ia  m ateriał ów pod wzglę - dem  m aksym alnej  trwał oś ci  przy  dan ym  widmie  obcią ż eń.  PETRAK  [20]  oraz  G ALLAG H ER i  H U G H E S  [21]  wykazali,  że  najwię ksze  opóź n ien ia  przy  R  >  0,  spowodowane  pojedyn- czymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi,  wystę pują   w  stalach  o  niż szych  granicach  plastycz- n oś ci  n p :  stali  H P - 9N i- 4Co- 30C  lu b  stali  4340.  Sugerował oby  t o , że  w  przypadku  obcią - ż eń  o zm iennych  am plitudach lepsze  są   stale  o  niż szych  granicach plastycznoś ci.  Autorzy przytoczon ych  wyż ej  p rac wskazują   jeszcze  n a  fakt,  że  otrzym an e przez  nich wyniki  zgod- ne  są   z h ipotezam i o zam ykan iu  się   szczeliny  zmę czeniowej.  N atom iast rezultaty dla R  =   0 przedstawion e n a rys.  21  są   cał kowicie n iezgodn e z powyż szymi  wywodami,  chociaż należy zaznaczyć,  że  róż nice  te  są   zn aczn ie  mniejsze  w  przypadku  R  =   —1/ 2  lub  R  —  — 1. Bardzo  m ał e  róż nice w  opóź n ien iach zan otowan o przy  R  —  —  1  także  w przypadku  wspo- m n ian ych  trzech  odm ian  stali  4140.  Z  powyż szego  wynika,  że  m ał e  naprę ż enia  ś ciskają ce powodują   wię ksze  zmniejszenie  opóź n ień  w  stalach  o  niż szych  granicach  plastycznoś ci. M oże  to  być  spowodowan e  zarówn o  cykliczną   relaksacją   ś ciskają cych  n aprę ż eń pozosta- ją cych  w  otoczeniu  wierzchoł ka  szczeliny,  jak  i  cyklicznym  zmniejszaniem  się   zamknię cia szczeliny.  Wytł um aczen ie  tego  jest  p o d o bn e,  jak  przy  ś rutowaniu,  które  m a  niewielki wpł yw  n a  trwał ość  w  przypadku  stali  o  niskich  gran icach  plastycznoś ci  i  duży  w  przy- pad ku  stali  o  ś redn ich  i  wysokich  gran icach  plastycznoś ci.  Porównywanie  opóź nień  przy R  >  0  może  wię c  prowadzić  do  zupeł nie  bł ę dnych  wniosków. 6.  Zakoń czenie N ajważ niejsze  wnioski  wypł ywają ce  z  przedstawion ych  wyż ej  sześ cioletnich  badań n ad  wzrostem  szczelin  zmę czeniowych  w  dziewię ciu  róż nych  m ateriał ach podan o  niż ej. Wiele  z  nich  m oże  m ieć  ch arakt er  wniosków  ogólnych,  jedn ak  czytelnik  musi  pam ię tać, że  dotyczą   tylko  warun ków  w jakich  prowadzon o  badan ia  i nie  m oż na ich  rozszerzać n p. n a  ś rodowiska  korozyjne,  czy  też  warun ki,  w  których  panuje  in n a tem peratura. 1. Pojedyncze  przecią ż en ia  rozcią gają ce  mogą   powodować  znaczne opóź nienie  wzrostu szczelin  zmę czeniowych  lub  n awet  cał kowite ich zatrzym an ie. Opóź nienie jest tym  wię ksze, im  wyż sze  jest  przecią ż enie  rozcią gają ce.  Stwierdzenie  to  jest  prawdziwe  dla  przecią ż eń o  współ czynniku  intensywnoś ci  n aprę ż eń  K o   nie  przekraczają cym  98%  odpornoś ci  na pę kan ie  m ateriał u. P rzecią ż enia  o współ czyn n ikach  OL R  <  1,4  powodował y  bardzo  mał e opóź n ien ia  we  wszystkich  badan ych  m ateriał ach . Wspom n ian e  opóź nienia  przypisuje  się powstawan iu  ś ciskają cych  n aprę ż eń pozostają cych  w  otoczeniu  wierzchoł ka szczeliny  oraz zam ykan iu  się   szczeliny. 2.  P rzyrost  dł ugoś ci  szczeliny  a*  odpowiadają cy  okresowi  wystę powania  opóź nienia wah ał   się ,  przy  R  >  0  w  gran icach  0  - i-  11  mm ,  podczas  gdy  wymiar  cyklicznej  strefy uplastycznionej  r*  zm ien iał  się   w  przedziale  14- 15  m m .  Odpowiednie  stosunki  a*jr* był y zawsze  mniejsze  od jedn oś ci.  Okres  wystę powania  opóź n ion ego  wzrostu  szczeliny  zmę cze- niowej  jest  wię c  dość  dobrze  skorelowan y  z  wymiarem  cyklicznej  strefy  uplastycznionej. 148  R.  I.  ST E P H E N S N ie  jest  to jedn ak  prawdziwe  przy  współ czynnikach  asymetrii  cyklu  R  <  0.  N ajwię ksze opóź nienia  przy  R  ^  0  wystę pują   w  m ateriał ach o  niż szych  gran icach  plastycznoś ci. 3. N a  wielu  przeł om ach zmę czeniowych  zauważ ono  m akroskopowe  obszary,  powstał e po przył oż eniu przecią ż enia, ś wiadczą ce  o spóź nieniu z jakim  pojawił   się   opóź n iony  wzrost szczeliny  zmę czeniowej.  Szczególnie  widoczne  był y  one  przy  duż ych  strefach  uplastycz- nionych.  P rzyrost  dł ugoś ci szczeliny  odpowiadają cy  temu spóź nieniu  osią gał   nawet  5 m m . Spóź nienie  z  jakim  pojawia  się   opóź niony  (zwolniony)  wzrost  szczelin  zmę czeniowych widoczny  jest  także  n a poziomie  m ikroskopowym .  Ś wiadczą   o  tym  pom ierzon e, przy  po- mocy m ikroskopu  skanningowego,  odległ oś ci pomię dzy prą ż kami  zmę czeniowymi  w  ś rod- ku  gruboś ci  przeł om u.  Prę dkoś ci  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  pom ierzon e m etodam i m ikro-   i  makroskopowymi  również  zasadniczo  nie  róż niły  się . 5. Pojedyncze  przecią ż enia  ś ciskają ce  lekko  skracają   lub  nie  oddział ywują   n a  trwał ość n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych  przy  stał ej  am plitudzie  obcią ż enia.  Wię ksze przecią ż enia  ś ciskają ce  powodował y  wię ksze  skrócenie  trwał oś ci.  P rzecią ż enia  ś ciskają ce 0  współ czynnikach OL R  =   — 1 +  ~ 6 powodował y  skrócenie trwał oś ci  od  0 - j-  45%. Jedn ak przecią ż enia  ś ciskają ce  mają   n a  ogół  znacznie  mniejszy  wpł yw  n a  wzrost  szczelin  zmę cze- niowych  aniż eli  analogiczne  przecią ż enia  rozcią gają ce. 6.  Przecią ż enia  ś ciskają ce  wystę pują ce  tuż  przed  przecią ż eniami  rozcią gają cymi  mają niewielki  wpł yw  n a  opóź nienie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych.  N atom iast  przecią ż enia ś ciskają ce  wystę pują ce  zaraz  po  przył oż eniu przecią ż enia  rozcią gają cego  mogą   czę ś ciowo lub  cał kowicie  wyeliminować  opóź nienie  spowodowane  tym  przecią ż eniem.  P rzy  opraco- wywaniu  modeli  dla  przewidywania  trwał oś ci  n a  etapie  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych, bardzo  waż nym jest  dokł adn e uwzglę dnienie  kolejnoś ci  wystę powania  obcią ż eń.  ....; 7. Przy  okreś lonym  widmie  obcią ż eń  pojedyncze  przecią ż enie  rozcią gają ce  może  wię c być  korzystne,  niekorzystne  lub  nie  mieć ż adnego  wpł ywu  n a  wzrost  szczelin  zmę czenio- wych.  Zależy  to  od jego  poł oż enia i  wielkoś ci  w  stosun ku  do  innych  obcią ż eń  w  widmie oraz  dł ugoś ci  szczeliny,  wymiaru  strefy  uplastycznionej  wywoł anej  tym  przecią ż eniem 1 odpornoś ci na pę kan ie. M aksymalną   trwał ość n a etapie wzrostu  szczelin  zmę czeniowych uzyskano  wtedy,  gdy  nieregularne  pojedyncze  przecią ż enia  rozcią gają ce  przykł adan o  p o osią gnię ciu  przez  szczelinę   granicy  strefy  a* lub  r*  wywoł anej  przecią ż eniem poprzedn im . 8. Wię kszy  wpł yw  n a  wzrost  szczelin  zmę czeniowych  mogą   mieć, w  porówn an iu  z p o - jedynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi  wielokrotne  przecią ż enia  rozcią gają ce.  Jedn ak przy  współ czynnikach  przecią ż enia  mniejszych  od  1,7  liczba  przecią ż eń  wielokrotnych, w  przypadku  stali  1020  walcowanej  n a  zim n o, nie  m iał a  wię kszego  wpł ywu  n a  trwał ość cał kowitą . 9.  Przy  stał ej  am plitudzie  obcią ż enia  n aprę ż en ia  ś ciskają ce  mają   niewielki  wpł yw  n a prę dkość  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych.  Z m iany  współ czynnika  symetrii1  cyklu  w  za- kresie  R  — 0~ —3  powodował y,  w  przypadku  wspom nianych  wyż ej  siedmiu  zupeł nie róż nych  m ateriał ów, co  najwyż ej  dwukrotn ą   zm ianę   prę dkoś ci  dajdN   i  trwał oś ci  cał ko- witej.  Z  tego  wzglę du  przy  stał ej  am plitudzie  obcią ż enia  m oż na  zał oż yć, że  n aprę ż en ia ś ciskają ce  nie  powodują   uszkodzeń. 10.  N atom iast duże i mał e naprę ż enia ś ciskają ce  mogą   być bardzo niekorzystne  w przy- padku  wystę powania  opóź nień  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych,  spowodowanych  poje- dynczymi  przecią ż eniami  rozcią gają cymi.  Im  wię ksze  w  takich  przypadkach  jest  n aprę - WP ŁYW  PRZECIĄ Ż EŃ   NA WZROST SZCZELIN   149 ż enię   ś ciskają ce,  tym  wię ksze  powoduje  uszkodzenie.  W  niektórych  przypadkach  n aprę - ż enia  ś ciskają ce  mogą   n awet  cał kowicie  wyeliminować  wspomniane  opóź nienia.  Z  tego wzglę du  w  przypadku  widm  obcią ż eń  o  zmiennych  am plitudach ,  przy  których  mogą powstawać  opóź n ien ia  wzrostu  szczelin  zmę czeniowych,  zał oż enie, że  naprę ż enia  ś ciska- ją ce  nie  powodują   uszkodzeń ,  może  być  cał kowicie  bł ę dn e. 11.  P orównywanie  m ateriał ów  p o d  wzglę dem  opóź n ień  przy  R  ^  0  może  prowadzić do  bł ę dnych  wniosków.  Z ależ nie  bowiem  od  rodzaju  m ateriał u  róż ny  może  być  wpł yw n aprę ż eń  ś ciskają cych. Literatura  cytowana  w tekś cie .1.  J.  SCH IJVE,  Fatigue crack propagation in light  alloy sheet material and structures, Report  MP 195, N ational  Luchtvaartlaboratorium  (Amsterdam),  Aug.  1960. 2.  C. M.  H U D SON  and  H . F .  H ARD RATH ,  Effects of  changing  stress amplitude  on the  rate of fatigue- crack propagation in  two  aluminium alloys, N ational  Aeronautics  and  Space  Administration,  TN  D- 960, Sept. 1961, 3.  R. P.  WE I  and R. I.  STEPH EN S,  Fatigue crack growth under spectrum  loads, ASTM   STP  595, 1976. 4.  R. C.  R I C E  and R . I . STEPH EN S,  Overload  effects on subcritical  crack growth in  austenitic  manganese steel,  Progress  in Flaw  G rowth  and  F racture Toughness  Testing,  ASTM   STP 536,  1973, pp.  95—114. 5.  L. G .  VARG AS  and R. I.  STEPH EN S,  Subcritical crack growth under intermittent  overloading  in  cold- rol- led steel,  Proceedings, Third  International Conference  on F racture, Munich, G ermany, Vol.  VI , April, 1973,  V- 325. 6.  F . H .  G ARD N ER  and R. I .  STEPH EN S, Subcritical crack growth under single  and multiple  periodic  over- loads in  cold- rolled steel, F racture Toughness and Slow Stable Cracking, ASTM  STP 559,1974,225—244. 7.  R. I .  STEPH EN S,  G . W.  M e BURN EY  and L. J.  OLIPH AN T,  Fatigue crack growth with negative  R  ratio following tensile overloads,  International Journal  of  F racture, 10, 4  (1974)  587—589. 8.  R. I .  STEPH EN S,  D . K.  C H EN  and B. W.  H OM ,  Fatigue  crack growth with  negative stress ratio  following single overloads  in 2024—T 3  and 7075- T 6 aluminium  alloys, F atigue  Crack  G rowth  under  Spectrum Loads,  ASTM   STP 595, 1976,  27—40. 9.  R. I .  STEPH EN S, E.  C.  SHEETS  and  G . O.  N J U S, Fatigue  crack growth  and life predictions  in man- ten steel subjected to  single and intermittent  tensile overloads,  Cyclic  Stress- Strain  and  Plastic  D eformation Aspects of F atigue  Crack  G rowth, ASTM   STP 637,  (w druku). 10.  R. I .  STEPHEN S, Fatigue crack growth specimen configuration  with compressive loads present,  Int. J. F rac- ture,  12,  (1976)  323—326. 11.  D . S.  LANG ERUD   and R. I .  STEPH EN S,  Compressive  overload  and mean stress effects on fatigue crack growth in 2024- T 3 and 2024- T 3 aluminium, Proceedings,  Second  International Conference  on Mecha- nical  Behavior  of  M aterials,  ICM - II,  Boston,  ISA,  August,  1976,  pp.  1000—1004. 12.  D . P.  M U SIL  and R. I.  STEPH EN S, Fatigue  crack closure  with negative stress ratio following single  tensile overloads  in 2024—T 3  and 7075- T 6 aluminium,  Proceedings,  F ourth  International  Congress  on F rac- ture,  TCF- 4, Waterloo,  Canada, June  1977,  Vol. I I , pp.  1017—1023. 13.  G . O.  N JU S and  R. I .  STEPH EN S,  T he influence  of yield strength  and negative  stress ratio  on  fatigue crack growth delay in 3130 steel, Int. J. F racture  (w druku). 14.  R. I. STEPH EN S, Fatigue crack growth retardation: fact  and fiction, Proceedings, N inth IC AF   Symposium, International  Committee  on  Aeronautical  F atigue,  D armstadt,  G ermany,  May,  1977. 15.  W.  ELBER,  T he significance  of  crack closure,  D amage  Tolerance  in  Aircraft  Structures,  ASTM, STP 486,  1969,  230—251. 16.  J. R.  R I C E ,  Mechanica  of  crack tip  deformation  and extension by fatigue,  F atigue  Crack  Propagation, ASTM ,  STP 415,  1967,  247—309. 17.  O. E.  WHEELER,  Spectrum loading  and crack growth,  J. Basic Engng., Trans, of ASME, 94, D ,  1 (1977) 181—186. 150  R.  I. STEPHEN S 18.  J.  WILLEN BORG ,  R. M.  EN G LE and  H . A.  WOOD ,  A  crack growth retardation  model  using an effective stress  concept,  Air  F orce  F light  D ynamics  Laboratory,  Technical  M emorandum 71—1—- FBR,  Jan., 1971. 19.  T entative  method of  test  for  constant- load  amplitude fatigue  crack  growth  rates  above  10~ stn/ cyc!e, ASTM   Committee  E- 24  D raft,  1977. 20.  G . J.  PETRAK,  Strength level effects  on fatigue  crack growth and retardation,  Engng.  F racture  Mech., 6(1974)  725—733. 21.  J. P.  G ALLAG HER  and T. F .  H U G H S, Influence of yield strength on overload affected fatigue,  crack growth behavior in  4340 steel, AFFD L- TR- 74- 27,  1974. P  e 3 io  M e BJIH H H H E  n E P E r P Y3K H   H A  P A3BH TH E  YC TAJI OC TH LI X  TP EI U H H pe3yjiLTaTŁi  OKcnepHMenTajiBHoro  HCcrreflOBamra  pa3BHTHH   ycTanocTHMX B fleBH TH  pa3H bix  MaTepiianax  n p n  pasH t ix  BHflax  n eperpy3KH .  H ccneflOBano  B J I H S H I K  p acrariiBaio iin ix oflHOKpaTHfcix,  MHoroKpaTHBix  H  n eperyjuipH bix  a TaKMte OKHMaioiHHX n eperpy3oi< .  O n wT w  B  OCHOBHOM npoBOflH nncb  na  pacrarH BaeM bix  cnjioiniibix  o6pa3iiax.  I lo cjie  n eperpy30i<  npH Jiarajiact,  H arpy3Kii c nocTOfiHHOH  aMnjiHTyflOHj  npn^eM  accuMiweTpHH  qin u ia  Sujia  B npeflejiax  R  =   0- r-  ( —2) .  fljia  npoBepKH flanH biXj  nojiyqeH H bix  H3  ncnbwaHHH   Ha pacTHH