Zmęczenie metalem: czym jest i jak można mu się przeciwstawić?

Bardzo często powód niepowodzenia różnychtechnika to zmęczenie metalu. A może się to zdarzyć nie tylko po długiej operacji, ale także na samym początku eksploatacji sprzętu lub samochodu. Powodem tego są okresowe obciążenia dynamiczne doświadczane przez dany zespół lub jego część, nie tylko podczas wykonywania jego głównej funkcji, ale także podczas procesu produkcyjnego. W rezultacie materiał zaczyna się rozpadać, nawet jeśli wartość napięcia nie osiągnęła granicy wytrzymałości.

W rzeczywistości zmęczenie jest zmianą w podstawowymwłaściwości metalu (mechanicznego i fizycznego) pod wpływem cyklicznych naprężeń i odkształceń. Pociąga to za sobą strukturalne zmiany materiału występujące na poziomie makro i mikro, które są w dużej mierze zdeterminowane przez początkowe właściwości i warunki produkcji części.

Aby scharakteryzować skłonność metalu do tegoTermin wytrzymałość jest stosowany jako termin wytrzymałości. Parametr ten jest liczbowo równy wartości maksymalnego napięcia, na jakie może wytrzymać materiał dla 10 000 000 lub więcej cykli, czyli dla określonego czasu ładowania.

Zmęczenie metalu nie pojawia się na chwilę i wTo jest jego główne niebezpieczeństwo. Trochę czasu zajmuje wprowadzenie niezbędnych zmian w materiale, które najprawdopodobniej nie pojawią się na zewnątrz. Ich natura w dużej mierze decyduje o początkowych właściwościach metalu, stanie naprężenia, osobliwości ładowania i wpływie środowiska zewnętrznego. Do pewnego momentu wszystkie zjawiska, które występują, są odwracalne. Jednak wraz z upływem czasu odporność na niszczenie stopniowo zaczyna spadać i pojawia się tak zwane uszkodzenie zmęczeniowe.

Na samym początku zaczyna się zmęczenie metaluprzejawiają się na poziomie strukturalnym, kiedy mikropęknięcia zaczynają pojawiać się wzdłuż granic ziaren i innych składników, które, gdy struktura jest następnie ładowana, stają się makropękami. To z kolei staje się główną przyczyną ostatecznego zniszczenia członu konstrukcyjnego podczas pracy lub próbki podczas testów mechanicznych.

Najbardziej oczywiste zmęczenie metalicharakteryzuje krzywą o tej samej nazwie, która odzwierciedla odpowiednią zależność między liczbą cykli ładunkowych badanych przez próbkę a etapami uszkodzenia, poczynając od momentu wystąpienia pęknięcia i kończąc na ostatecznym zniszczeniu przedmiotu badania. Biorąc pod uwagę, że zjawiska zmęczeniowe pojawiają się początkowo w miejscach niedoskonałości strukturalnych, których rozkład ma charakter probabilistyczny, wówczas cechy zmęczenia podlegają tym samym prawom. Testy są najczęściej przeprowadzane na obracającej się próbce, do której przykładane jest stałe obciążenie zginające.

Zmęczenie metalu jest w dużej mierze zdeterminowane przez warunkidziałanie określonego projektu. Obecność czynnika aktywnego i wystarczająco wysokiej temperatury może znacznie przyspieszyć negatywne procesy zachodzące w materiale. Rezystancja materiału jest znacznie zmniejszona w obecności różnych niejednorodności strukturalnych, obecności niemetalicznych wtrąceń, nierównomiernego rozmieszczenia pierwiastków stopowych, a także z niewystarczającą czystością powierzchni. Aby temu zapobiec, można zastosować różne obróbki powierzchni, które mogą wytworzyć resztkowe naprężenia ściskające w górnej warstwie materiału. Najczęściej w tym celu przeprowadza się saturację dyfuzyjną, hartowanie lub hartowanie powierzchniowe przeprowadza się na różne sposoby, na przykład przez hartowanie laserowe.