Crack initiation and endurance limit of hard steels under multiaxial cyclic loads

• Опубліковано в: : Проблемы прочности
• Дата: 2008
• Автори: Bomas, H., Kienzler, R., Kunow, S., Loewisch, G., Schroeder, S.
• Формат: Стаття
• Мова: Англійська
• Опубліковано: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2008
• Теми: Научно-технический раздел
• Онлайн доступ: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48237
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Цитувати: Crack initiation and endurance limit of hard steels under multiaxial cyclic loads / H. Bomas, R. Kienzler, S. Kunow, G. Loewisch, S. Schroeder // Проблемы прочности. — 2008. — № 1. — С. 14-19. — Бібліогр.: 4 назв. — англ.

The endurance limit and the mechanisms o f fatigue crack initiation in the high cycle regime were
 investigated using round specimens o f the bearing steel 52100 under longitudinal forces and
 torsional moments and combinations o f these loads. Three specimen types were examined: smooth
 specimens and specimens with circumferential notches with radii o f 1.0 and 0.2 mm. The influence
 ofmean and multiaxial stresses on the endurance limit can be understood by consideration ofcrack
 initiation mechanisms and micro-mechanics. Crack initiation took place at oxides, carbonitrides
 and at the surface. The mechanisms ofcrack initiation could be related to the load type: Loads with
 rotating principal stresses are more damaging fo r nitrides than fo r oxides. Increasing maximum
 stresses are more dangerous fo r nitrides than fo r oxides, and introduce more damage to the surface
 than to the nitrides. Normal stresses are more damaging fo r oxides than shear stresses. The
 endurance limits were calculated by means o f an extended weakest-link model which combines
 volume and surface crack initiation with related fatigue criteria. For volume crack initiation the
 criterion o f Dang Van was used. For the correct description o f the competing surface crack
 initiation, a new criterion was applied. With this concept, a prediction o f the endurance limit is
 possible fo r loads which produce critical planes and range within a limited regime ofstress ratios. Исследованы предел выносливости и механизмы
 зарождения усталостных трещин в
 многоцикловом режиме, используя круглые
 образцы из подшипниковой стали 52100,
 подвергаемые действию продольных сил и
 крутящих моментов, а также комбинации
 этих нагрузок. Использовали гладкие образцы
 и образцы с кольцевыми надрезами радиусами
 1,0 и 0,2 мм. Влияние средних и
 многоосных напряжений на предел выносливости
 может быть объяснено с учетом
 механизмов зарождения трещин и микромеханики.
 Зарождение трещин происходило
 на оксидах, карбонитридах и на поверхности.
 Механизмы зарождения трещин могут
 быть связаны с типом нагрузки: нагрузки
 с вращательными главными напряжениями
 более деструктивны для нитридов, чем
 для оксидов. Возрастающие максимальные
 напряжения более опасны для нитридов,
 чем для оксидов, и вызывают большие повреждения
 поверхности, чем нитридов. Нормальные
 напряжения вызывают большее повреждение
 оксидов, чем касательные напряжения Пределы выносливости рассчитывали
 с помощью модифицированной модели слабого
 звена, которая объединяет зарождение
 трещин в объеме и на поверхности с соответствующими
 критериями усталости. Для
 зарождения трещин в объеме был использован
 критерий Данг Вана. Для корректного
 описания конкурирующего зарождения трещин
 на поверхности был применен новый
 критерий. С помощью этой концепции можно
 предсказать предел выносливости для нагрузок,
 которые создают критические плоскости
 и диапазон в рамках ограниченного
 режима коэффициентов асимметрии цикла.