Metalliväsymys on mikroskooppisten vaurioiden asteittainen kertyminen metallirakenteeseen ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta, jotka etenevät edelleen suurempiin ja suurempiin. Tämä on usein tapahtuma, joka voi johtaa erittäin katastrofaalisiin tuloksiin.
Ilmiön havaitseminen ja kuvaus
Ilmiön edelläkävijä oli saksalainen kaivosinsinööri Wilhelm Albert, joka vuonna 1829 kuvasi metallien kulumista kokeidensa tulosten perusteella käyttäen esimerkkinä miinanostimien ketjujen linkkien toistuvista taivutuksista kehittämällä kokeellisella koneella. Termin "metallin väsyminen" otti kuitenkin käyttöön vasta vuonna 1839 ranskalainen tiedemies Jean-Victor Poncelet, joka kuvasi teräsrakenteiden lujuuden vähenemistä syklisten jännitysten vaikutuksesta.
Hieman myöhemmin saksalainen insinööri August Wöller osallistui metallien väsymisen teoriaan sekä syklisiin rasituksiin altistuneiden metallirakenteiden suunnitteluun ja julkaisi vuosina 1858-1870 rauta- ja teräskokeiden tulokset toistuvien jännitteiden olosuhteissa -puristus. Saksalaisen arkkitehdin Lewis Spangenberg esitti graafisesti taulukoiden muodossa vuonna 1874 hänen tutkimuksensa tulokset. Siitä lähtien visuaalista esitystä saadusta suhteesta syklijännityksen amplitudien ja syklien lukumäärän välillä ennen metallirakenteen tuhoutumista kutsutaan Völler-kaaviona.
Siitä lähtien metalliväsymysilmiö on saanut selvän määritelmänsä metallirakenteen vaurioitumisprosessiksi ajan mittaan vaihtelevien (yleensä syklisten) jännitysten vaikutuksesta, mikä johtaa rakenteen ominaisuuksien muutokseen. halkeamien muodostuminen siihen, niiden asteittainen kehitys ja myöhempi materiaalin tuhoutuminen.
Metallien väsymisen seuraukset
Progressiivinen metallin väsyminen voi johtaa metallirakenteiden tuhoutumiseen. Yleensä tämä tapahtuu niiden käytön aikana (kun mekanismeille suoritetaan suurin kuormitus), mikä voi johtaa onnettomuuksiin ja katastrofeihin, myös ihmisonnettomuuksien yhteydessä. Esimerkkejä tunnetuimmista tapahtumista:
- Versailles'n rautatiekatastrofi vuonna 1842, jonka seurauksena 55 ihmistä kuoli (syy oli veturin akselin väsymismurtuma).
- ICE-suurnopeusjunan kaatuminen Saksan Escheden kunnan lähellä vuonna 1998, jonka seurauksena 101 ihmistä kuoli ja 88 loukkaantui (pyörän rengas räjähti junassa 200 km / h nopeudella).
- onnettomuus Sayano-Shushenskaya -vesilaitoksella vuonna 2009 (syynä oli väsymysvaurio aseman vesivoimalan kiinnityskohdissa, mukaan lukien turbiinin kansi)
Metallien väsymisen ehkäisy
Metallien väsyminen estetään yleensä muuttamalla metallirakenteen osia syklisen kuormituksen välttämiseksi tai korvaamalla rakenteessa käytetyt materiaalit vähemmän väsyttäville materiaaleille. Myös huomattava rakenteen kestävyyden lisääntyminen saadaan eräillä metallien kemiallis-lämpökäsittelymenetelmillä (nitraus, nitrokarburointi jne.). Toinen menetelmä metallien väsymisen estämiseksi on lämpösuihku, joka aiheuttaa puristusjännityksen materiaalin pinnalle, mikä auttaa suojaamaan metalliosia murtumiselta.
