Коэффициент формы
Коэффициент формы — это отношение наибольшего напряжения в надрезе к номинальному напряжению в невозмущённом сечении. Он показывает, насколько сильно геометрическое нарушение увеличивает напряжение. Высокий коэффициент формы означает высокие пики напряжений и, следовательно, повышенную опасность трещин.
Физико-химический механизм действия
На концентраторе силовые линии стягиваются. Напряжение локально резко возрастает. Коэффициент концентрации (αK) = максимальное напряжение в концентраторе / номинальное напряжение. Это чисто геометрический коэффициент. Он зависит только от радиуса концентратора, глубины концентратора и формы детали, а не от материала. Пример: остро надрезанный вал имеет коэффициент концентрации 3 до 5, гладкий вал имеет коэффициент концентрации 1.
Металлургическая значимость и риски при сварке
Сварные швы создают естественные концентраторы: переход от шва к основному металлу, корневой дефект, подрез, поры или шлаковые включения. Высокий коэффициент концентрации увеличивает локальное напряжение. Оно может превысить предел текучести. Тогда возникают микротрещины. При вязком материале напряжение снимается пластическим течением. При хрупкой структуре (мартенсит) деталь разрушается мгновенно. Особенно опасно: усталость и холодные трещины.
Практика в мастерской и указания к действию
Снижай коэффициент концентрации на каждом концентраторе. Зашлифуй переходы от шва гладко и без концентраторов. Избегай подрезов и резких изменений сечения. Проверяй критические места капиллярным или магнитопорошковым контролем. При переменной нагрузке: зашлифуй переход от шва с радиусом не менее 2 mm. Цель: снизить коэффициент концентрации ниже 1,5. Это может увеличить срок службы в 3 до 10 раз.