Skilurðu virkilega þreytustyrk málmefna?

 

I. Fyrirbæri og einkenni málmþreytu

 

1. Fyrirbæri Metal Fatigue

Sprungumyndun: Við víxl álag eða hringrásarálag mynda málmefni smám saman örsmáar sprungur á svæðum þar sem staðbundið er mikið álag.

Sprungufjölgun: Þessar örsmáu sprungur stækka smám saman með tímanum við áframhaldandi álag.

Brotbilun: Þegar sprungurnar breiðast út að vissu marki, þolir efnið sem eftir er ekki lengur álagið, sem leiðir til algjörs brots á málmhlutanum.

 

 

 

▲Mynd 1 Algengar hringrásarálag

 

2. Einkenni Metal Fatigue

Skyndileiki: Málmþreytabilun kemur oft skyndilega fram með tímanum og er ekki auðvelt að greina það fyrirfram.

Staðsetning: Bilun kemur venjulega fram á svæðum þar sem staðbundið er mikið álag, með tiltölulega einbeittum stöðum.

Næmi: Málmþreyta er viðkvæm fyrir umhverfisþáttum og göllum. Til dæmis geta yfirborðsgrófleiki, oxunarstig og tæringarskilyrði hluta haft áhrif á þreytustyrk.

Hringrásarháð: Málmþreyta tengist beint álagsstigi hringrásarálags og fjölda lota. Jafnvel þótt álagsstigið sé undir flæðistyrk efnisins, getur langvarandi hringlaga hleðsla samt leitt til þreytubilunar.

Tölfræðilegt eðli: Samkvæmt tölfræði eru um 80%-90% bilana í verkfræðibyggingu af völdum málmþreytu.

 

 

 

▲ Ýmsar tegundir þreytubrota formgerð

 

 

II Flokkun málmþreytu

 

1. Flokkun eftir fjölda hringlaga álags

Háhraðaþreyta: Vísar til þreytu undir lágu álagi (vinnuálag undir viðmiðunarmörkum efnisins, og jafnvel undir teygjumörkum) með álagslotum sem fara yfir 100,000. Þetta er algengasta tegund þreytubilunar, einnig þekkt sem streituþreyta. Háhraða þreytuframmistöðu er lýst með SN kúrfunni (stress-life curve), sem sýnir að fyrir tiltekið álagshlutfall, því lægra sem streitan er, því lengri líftími.

Lághraðaþreyta: Vísar til þreytu undir miklu álagi (vinnuálag nálægt álagsmörkum efnisins) eða mikils álagsskilyrða með álagslotum undir 10,000 til 100,000. Vegna þess að til skiptis plastálag gegnir stóru hlutverki í þessari tegund þreytubilunar, er það einnig kallað plastþreyta eða álagsþreyta.

 

2. Flokkun eftir form þreytubilunar

Hitaþreyta: Þreytabilun sem stafar af endurteknu hitaálagi vegna hitabreytinga.

Tæringarþreyta: Þreytubilun í vélarhlutum undir samsettri virkni álags og ætandi miðla (eins og sýrur, basa, sjó, virkra lofttegunda osfrv.).

Snertiþreyta: Vísar til þreytubilunar á snertiflötum vélarhluta, þar sem hola eða yfirborðsmulning og flögnun eiga sér stað við endurtekið snertiálag, sem leiðir til bilunar íhluta.

 

 

III. Þreytuferill

 

 

 

▲ Þreytuferill málmefna

 

 

▲SN ferill

 

Skýringarmyndin hér að ofan sýnir sambandið milli þreytuálags og þreytulífs, þekktur sem SN ferillinn, sem er notaður til að ákvarða þreytumörkin og leggja grunninn að þreytuálagsviðmiðunum.

Þreytamörk: Vísar til styrkleikavísis um getu efnis til að standast óendanlega fjölda álagslota án þess að brotna; Skilyrt þreytumörk vísa til styrkleikavísis um getu efnis til að standast takmarkaðan fjölda álagslota án þess að brotna. Báðir eru sameiginlega nefndir þreytustyrkur. Því meiri togstyrkur, því meiri þreytumörk.

 

 

IV. Þættir sem hafa áhrif á þreytustyrk málmefna

 

1. Lögun og stærð íhlutans

Raunverulegir vélrænir hlutar hafa óhjákvæmilega mismunandi gerðir af hak, svo sem þrep, lyklabrautir, þræði og olíugöt, sem valda álagsstyrk og hafa áhrif á þreytustyrk.

Stærðaráhrif hlutanna eru einnig mikilvægt atriði. Stærri hlutar samanborið við smærri sýni geta haft meiri streitustyrk og streituhalla, sem hefur áhrif á þreytuvirkni.

2. Yfirborðsfrágangur

Lítil yfirborðsfrágangur getur valdið streitustyrk á yfirborði efnisins og þar með dregið úr þreytustyrk efnisins. Til dæmis, gróf vinnsla (grófsnúning) samanborið við lengdarfínslípun getur dregið úr þreytumörkum um 10% til 20% eða meira.

3. Þjónustuskilmálar

Vinnuumhverfið, svo sem tilvist ætandi miðla, getur síast inn í örsprungur og stuðlað að þreytubilun íhlutanna.

Geimferðaefni sem notuð eru við flóknar loftslagsaðstæður, svo sem háan hita, hár rakastig og lágt hitastig, geta einnig haft áhrif á þreytuvirkni þeirra.

4. Samsetning efnisins

Samsetning málmefnisins hefur bein áhrif á þreytuvirkni þess. Til dæmis dregur aukið kolefnisinnihald úr brotstyrk martensíts og eykur tilhneigingu til að slökkva á sprungum.

5. Skipulagsríki

Örbygging málmefna hefur veruleg áhrif á þreytustyrk þeirra. Uppbyggingin sem fæst eftir slökun og temprun getur bætt þreytustyrk enn frekar.

6. Hreinleiki

Gallar eins og innfellingar í efninu geta orðið uppsprettur þreytu, sem dregur úr þreytustyrk.

7. Afgangsstreita

Tilvist afgangsstreitu getur einnig haft áhrif á þreytuvirkni efnisins.

8. Styrkur og mýkt efnisins

Því betri sem styrkur og mýkt málmefnisins er, því meiri geta þess til að standast þreytubilun.

9. Stress Amplitude

Stærð spennusviðsins hefur bein áhrif á þreytulíf málmsins.

10. Meðal streita

Stærð og eðli (togþols eða þjöppunar) meðalálagsins hefur einnig áhrif á þreytuvirkni málmsins.

11. Fjöldi lota

Málmþreytabilun kemur venjulega fram eftir ákveðinn fjölda lota.

12. Áhrif álagsstyrks

Skyndilegar breytingar á útlínum hlutans eða innri ósamfellu (svo sem svitahola, innfellingar, sprungur osfrv.) geta orðið uppspretta streituþéttni, sem flýtir fyrir þreytubilunarferlinu.

 

 

V Aðferðir til að ákvarða þreytuferlar

Aðferðin til að ákvarða þreytuferil, sérstaklega SN-ferilinn, er mikilvæg nálgun til að meta þreytuframmistöðu efna undir hringrásarálagi eða álagi.

 

1. Ákvörðun prófunartilgangs og -skilyrða

Skilgreindu greinilega tegund efnis sem á að prófa, svið streitustigs, tíðni og aðrar breytur.

Veldu viðeigandi prófunarbúnað, svo sem þreytuprófunarvél, og stilltu og stilltu hann í samræmi við prófunarkröfur.

2. Undirbúningur sýnanna

Undirbúa sýnishorn sem uppfylla kröfurnar byggðar á viðeigandi stöðlum og prófunarkröfum.

Mældu og skráðu mál, þyngd og aðrar breytur sýnanna nákvæmlega.

3. Uppsetning sýnanna

Settu sýnishornið upp á þreytuprófunarvélina og tryggðu jöfnun milli sýnisáss og hleðsluás.

Fyrir prófanir sem krefjast sérstakra innréttinga eða tækja, settu þau upp og stilltu þau í samræmi við kröfur.

4. Stilla prófunarfæribreytur

Byggt á prófunartilgangi og skilyrðum skaltu stilla hleðslubylgjuform (td sinusbylgju, ferhyrningsbylgju), álagsstig, tíðni og aðrar breytur.

Fyrir prófanir sem þurfa að líkja eftir raunverulegum vinnuskilyrðum, stilltu samsvarandi umhverfisbreytur eins og hitastig og rakastig.

5. Hefja prófið og skrá gögn

Ræstu prófunarvélina og byrjaðu hringlaga hleðslu.

Meðan á prófinu stendur skaltu skrá gögn eins og álag, tilfærslu og tíma fyrir hverja lotu.

Fylgstu með aflögun og bilun sýnisins og skráðu tímanlega fjölda og form þreytubilana.

6. Að teikna SN-ferilinn

Byggt á prófunargögnunum, teiknaðu SN-ferilinn með álagsstigi (S) sem lárétta ásinn og logaritma þreytulífs (N, þ.e. fjöldi lota) sem lóðrétta ásinn.

SN ferillinn samanstendur venjulega af þremur hlutum: þreytusvæði með litlum hringrásum, þreytusvæði með endanlegri lífstíð og þreytusvæði með miklum hringrásum. Þessum hlutum má skipta og merkja í samræmi við prófunargögnin.

7. Gagnagreining og túlkun

Greindu SN-ferilgögnin, þar á meðal útreikninga og samanburð á breytum eins og halla og skurðpunkti.

Túlkaðu þreytuvirkni og lífseiginleika efnisins út frá lögun og breytum SN-ferilsins.

Sameina upplýsingar um örbyggingu efnisins og efnasamsetningu til að greina fyrirkomulag og áhrifaþætti þreytubilunar.