Metallutmattning är processen för gradvis ackumulering av mikroskopiska skador i metallstrukturen under påverkan av externa faktorer, som vidare utvecklas till större och större. Detta är en frekvent händelse som kan leda till mycket katastrofala resultat.
Upptäckt och beskrivning av fenomenet
Fenomenets pionjär var den tyska gruvingenjören Wilhelm Albert, som 1829 beskrev slitage av metall baserat på resultaten av sina experiment med hjälp av exemplet med upprepade böjningar av länkarna i mina lyftkedjor på en experimentmaskin han utvecklade. Men termen "metallutmattning" introducerades först 1839 av den franska forskaren Jean-Victor Poncelet, som beskrev minskningen av stålkonstruktionernas styrka under påverkan av cykliska påkänningar.
Lite senare bidrog den tyska ingenjören August Wöller till teorin om metallutmattning, liksom designen av metallkonstruktioner som utsattes för cykliska påfrestningar, och publicerade 1858-1870 resultaten av experiment med järn och stål under förhållanden med upprepad spänning. -kompression. Resultaten av hans forskning 1874 presenterades grafiskt i form av tabeller av den tyska arkitekten Lewis Spangenberg. Sedan dess kallas en visuell representation av det erhållna förhållandet mellan amplituderna för cykelspänningen och antalet cykler före förstörelsen av metallstrukturen Völlerdiagrammet.
Sedan dess har fenomenet metallutmattning fått sin tydliga definition som ackumuleringsprocessen över tid av skada på en metallkonstruktion under påverkan av alternerande (vanligtvis cykliska) påkänningar, vilket leder till en förändring av strukturens egenskaper, bildande av sprickor i den, deras progressiva utveckling och efterföljande förstörelse av materialet.
Konsekvenser av metallutmattning
Progressiv metallutmattning kan leda till förstörelse av metallkonstruktioner. Som regel händer detta under deras drift (när den maximala belastningen på mekanismerna utförs), vilket kan leda till olyckor och katastrofer, inklusive med människoliv. Exempel på några av de mest kända incidenterna:
- Versailles järnvägskatastrof 1842, vilket ledde till att 55 personer dog (orsaken var en trötthetsbrott i lokaxeln).
- kraschen av höghastighetståget ICE nära Eschede kommun i Tyskland 1998, vilket ledde till att 101 personer dog och 88 skadades (vid en hastighet av 200 km / h sprängde hjulet på tåget).
- en olycka vid Sayano-Shushenskaya HPP 2009 (orsaken var utmattningsskador på monteringspunkterna för stationens vattenkraftenhet inklusive turbinkåpan).
Förebyggande av metallutmattning
Metallutmattning förhindras vanligtvis genom att modifiera delar av metallkonstruktionen för att undvika cyklisk belastning eller genom att ersätta materialen som används i strukturen med mindre utmattningsbenägna material. En märkbar ökning av konstruktionens uthållighet åstadkommes med vissa metoder för kemisk-termisk behandling av metaller (nitrering, nitrokarburisering, etc.). En annan metod för att förhindra metallutmattning är termisk sprutning, vilket skapar en tryckspänning på ytan av materialet, vilket hjälper till att skydda metalldelar från sprickor.
