Опасность усталости металлов

Усталость металла – распространенная причина выхода из строя разной техники. Это не обязательно происходит после многих лет пользования оборудованием или автомобилей. Причина кроется в периодических динамических нагрузках, которые воздействуют на отдельную деталь или узел не только при эксплуатации, но и в производстве. Из-за этого происходит разрушение материала, даже если величина напряжения не достигла максимального значения по прочности.

Что такое усталость металла

Это процесс, при котором постепенно накапливаются повреждения в детали под воздействием переменных напряжений, в результате чего изменяются свойства материала, образуются и развиваются трещины, из-за чего материал разрушается. Разрушение происходит на протяжении указанного количества циклов нагружения. Если деталь не была подвержена расчету на усталостную прочность, то разрушение может возникнуть неожиданно.

Излом металла

Почему происходит

Вследствие локального перенапряжения компонента образовывается небольшая, медленно растущая трещина с последующими рабочими циклами, при этом компонент ослабевает. При достижении трещиной критических размеров, происходит резкий выход компонента из строя. У такого отказа есть название - механическая усталость металлов.

Есть три стадии усталостного разрушения:

  1. Трещина образуется.
  2. Трещина распространяется.
  3. Металл разрушается.

При поддержании локальных напряжений ниже определенного значения, металл не имеет усталостного разрушения, и деталь удовлетворительно работает бесконечно. Это значение называют пределом выносливости.

Усталость металла зависит от наличия концентраторов напряжения (отверстий, сварных швов, зазубрин, коррозии). Большая роль отводится качеству поверхности детали. При гладких поверхностях, усталостная долговечность увеличивается.

Усталость металла

Существуют разные типы усталостного разрушения металлических деталей, которые зависят от происхождения:

  • Температурная история нагружений (когда разрушения образовываются из-за перепадов температур).
  • Совместные циклы давления и температуры.
  • Высококоррозионная среда (первая трещина возникает в месте, пораженном коррозией).
  • Постоянная вибрация, издаваемая механическим оборудованием.

Усталость металла как определить

Благодаря экспериментальным методам исследования усталости металлов можно обеспечивать надежность, долговечность конструкций, которые работают в условиях переменных нагрузок. Испытания на усталость проводятся для хрупких, малопластичных и пластичных материалов. При этом проверка металла на усталость может быть ускоренной или длительной. Зачастую чтобы узнать предел выносливости используется вращающийся образец (гладкий или с наличием надреза) в условиях симметричного цикла. При этом количество циклов знакопеременных нагружений может достигать больших значений. При заданной нагрузке проводится испытание, которое завершается в момент разрушения образца. По итогам испытания фиксируется количество выдержанных циклов.

Опасности усталости металлов

Это явления не проявляется мгновенно, в чем кроется главная опасность. Необходимо время, чтобы в материале начали происходить изменения, которые зачастую внешне незаметны. Характер этих изменений определяется исходными свойствами материала, напряженным состоянием, особенностью нагружения, влиянием внешней среды. Со временем снижается сопротивляемость разрушению, из-за чего возникают усталостные повреждения.

Усталость металла зависит от условий эксплуатации конструкции. В условиях активной среды при высоких температурах негативные процессы протекающие в материале значительно ускоряются. Если есть разные структурные неоднородности, металлические включения, неравномерно распределены легирующие элементы, поверхность является недостаточно чистой – сопротивляемость материала снижается. Для предотвращения этих процессов применяется различная поверхностная обработка, за счет чего в верхнем слое материала создаются остаточные напряжения сжатия. Зачастую для этого применяется диффузионное насыщение, наклеп или поверхностная закалка (лазерное упрочнение).


Если Вам требуется лазерная резка деталей, подробнее можно узнать по ссылке.

x

Нажимая на кнопку "Оставить заявку", Вы соглашаетесь с условиями пользовательского соглашения.