Metallutmattelse er prosessen med gradvis opphopning av mikroskopiske skader i metallstrukturen under påvirkning av eksterne faktorer, som videre utvikler seg til større og større. Dette er en hyppig forekomst som kan føre til svært katastrofale resultater.
Oppdagelse og beskrivelse av fenomenet
Pioner for fenomenet var den tyske gruveingeniøren Wilhelm Albert, som i 1829 beskrev slitasje av metall basert på resultatene av eksperimentene sine ved hjelp av eksemplet på gjentatte bøyninger av lenker i mine heiser på en eksperimentell maskin han utviklet. Imidlertid ble begrepet "metallutmattelse" introdusert først i 1839 av den franske forskeren Jean-Victor Poncelet, som beskrev reduksjonen i styrken til stålkonstruksjoner under påvirkning av sykliske påkjenninger.
Litt senere ga den tyske ingeniøren August Wöller et bidrag til teorien om metallutmattelse, samt utformingen av metallkonstruksjoner utsatt for sykliske påkjenninger, og publiserte i 1858-1870 resultatene av eksperimenter med jern og stål under gjentatte spenningsforhold. -kompresjon. Resultatene av hans forskning i 1874 ble presentert grafisk i form av tabeller av den tyske arkitekten Lewis Spangenberg. Siden da kalles en visuell fremstilling av det oppnådde forholdet mellom amplituden til syklusstresset og antall sykluser før ødeleggelsen av metallstrukturen, Völler-diagrammet.
Siden da har fenomenet metallutmattelse fått sin klare definisjon som prosessen med akkumulering over tid med skade på en metallstruktur under påvirkning av alternerende (vanligvis sykliske) påkjenninger, som fører til en endring i egenskapene til strukturen, dannelse av sprekker i den, deres progressive utvikling og påfølgende ødeleggelse av materialet.
Konsekvenser av metallutmattelse
Progressiv metallutmattelse kan føre til ødeleggelse av metallkonstruksjoner. Som regel skjer dette under operasjonen (når maksimal belastning på mekanismene blir utført), noe som kan føre til ulykker og katastrofer, inkludert med menneskelige tap. Eksempler på noen av de mest berømte hendelsene:
- jernbanekatastrofen i Versailles i 1842, som følge av at 55 mennesker døde (årsaken var en utmattelsesbrudd på lokomotivaksen).
- krasjet av det høyhastighets elektriske toget ICE nær Eschede-kommunen i Tyskland i 1998, som et resultat av at 101 mennesker omkom og 88 ble skadet (med en hastighet på 200 km / t sprakk hjuldekket på toget).
- en ulykke ved Sayano-Shushenskaya HPP i 2009 (årsaken var utmattelsesskader på monteringspunktene til stasjonens vannkraftenhet, inkludert turbindekselet).
Forebygging av metallutmattelse
Metallutmattelse forhindres vanligvis ved å modifisere deler av metallkonstruksjonen for å unngå syklisk belastning, eller ved å erstatte materialene som brukes i strukturen med mindre utmattelsesutsatte materialer. En merkbar økning i utholdenheten til strukturen tilveiebringes også ved noen metoder for kjemisk-termisk behandling av metaller (nitridering, nitrokarburisering, etc.). En annen metode for å forhindre metallutmattelse er termisk sprøyting, noe som skaper et kompresjonsbelastning på overflaten av materialet, noe som bidrar til å beskytte metalldeler mot brudd.
